(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２及び第３ターゲットをはじめ非共線的に配置された３個以上の再帰反射ターゲットを含む一群の再帰反射ターゲット並びに自トラッカ周辺に対し固定的な第１座標系に準拠するレーザトラッカを備え、そのレーザトラッカに、第１軸周り及び第２軸周りで可回動な構造体、第１光ビームを発する第１光源、第１光源と連携する絶対距離計、第１軸周り回動角たる第１回動角を計測する第１角度トランスデューサ、第２軸周り回動角たる第２回動角を計測する第２角度トランスデューサ、再帰反射ターゲットのうちいずれかの中心に向かうよう第１光ビームの方向を操作する追尾システム、第１レンズ系及び第１感光アレイを有する第１カメラ、第２光ビームを発する第２光源並びに自トラッカを動作させるプロセッサが備わるシステムを準備するシステム準備ステップと、
第１、第２及び第３ターゲット並びに１個又は複数個ある補助点の第２座標系準拠三次元座標たる定格座標をリスト化保存するリスト化ステップと、
第２光源出射光のうち第１、第２又は第３ターゲットで反射された部分を第１感光アレイで捉える反射光受光ステップと、
第１、第２及び第３ターゲットそれぞれでの反射光が第１感光アレイ上にもたらすスポットの位置を計測するステップと、
第１感光アレイ上での第１、第２及び第３スポット位置と第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を特定する対応関係特定ステップと、
第１スポット位置及び第１ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第１ターゲットに差し向ける第１ターゲット指向ステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第２スポット位置及び第２ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第２ターゲットに差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第２ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第３スポット位置及び第３ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第３ターゲットに差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第３ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第１、第２及び第３ターゲットについての三次元座標計測結果並びに１個又は複数個ある補助点の定格座標に少なくとも部分的に基づき補助点の第１座標系準拠三次元座標を求める補助点座標導出ステップと、
補助点についての第１座標系準拠三次元座標導出結果を保存するステップと、
第１光ビームを１個又は複数個の補助点へと差し向けるステップと、
第１光ビーム又はその一部が反射されるよう再帰反射ターゲットのうちいずれかを配置するターゲット配置ステップと、
その再帰反射ターゲットの中心へと第１光ビームを差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用いその再帰反射ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
検査計画に従い計測を実行する計画準拠計測ステップと、
を有する計測方法であって、
上記計画準拠計測ステップが、更に、相応の再帰反射ターゲットを移動させ検査計画に従い計測を行うよう第１光ビームの移動でオペレータに示唆するステップを含む計測方法。
【請求項２】
第１、第２及び第３ターゲットをはじめ非共線的に配置された３個以上の再帰反射ターゲットを含む一群の再帰反射ターゲット並びに自トラッカ周辺に対し固定的な第１座標系に準拠するレーザトラッカを備え、そのレーザトラッカに、第１軸周り及び第２軸周りで可回動な構造体、第１光ビームを発する第１光源、第１光源と連携する絶対距離計、第１軸周り回動角たる第１回動角を計測する第１角度トランスデューサ、第２軸周り回動角たる第２回動角を計測する第２角度トランスデューサ、再帰反射ターゲットのうちいずれかの中心に向かうよう第１光ビームの方向を操作する追尾システム、第１レンズ系及び第１感光アレイを有する第１カメラ、第２光ビームを発する第２光源並びに自トラッカを動作させるプロセッサが備わるシステムを準備するシステム準備ステップと、
第１、第２及び第３ターゲット並びに１個又は複数個ある補助点の第２座標系準拠三次元座標たる定格座標をリスト化保存するリスト化ステップと、
第２光源出射光のうち第１、第２又は第３ターゲットで反射された部分を第１感光アレイで捉える反射光受光ステップと、
第１、第２及び第３ターゲットそれぞれでの反射光が第１感光アレイ上にもたらすスポットの位置を計測するステップと、
第１感光アレイ上での第１、第２及び第３スポット位置と第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を特定する対応関係特定ステップと、
第１スポット位置及び第１ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第１ターゲットに差し向ける第１ターゲット指向ステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第２スポット位置及び第２ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第２ターゲットに差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第２ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第３スポット位置及び第３ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第３ターゲットに差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第３ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第１、第２及び第３ターゲットについての三次元座標計測結果並びに１個又は複数個ある補助点の定格座標に少なくとも部分的に基づき補助点の第１座標系準拠三次元座標を求める補助点座標導出ステップと、
補助点についての第１座標系準拠三次元座標導出結果を保存するステップと、
第１光ビームを１個又は複数個の補助点へと差し向けるステップと、
第１光ビーム又はその一部が反射されるよう再帰反射ターゲットのうちいずれかを配置するターゲット配置ステップと、
その再帰反射ターゲットの中心へと第１光ビームを差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用いその再帰反射ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
検査計画に従い計測を実行する計画準拠計測ステップと、
を有する計測方法であって、
上記計画準拠計測ステップが、更に、
オペレータが再帰反射ターゲットを誤った位置に配置したことを検出するステップと、
レーザトラッカで第１光ビームを移動させその再帰反射ターゲットの正しい位置を提示することでその再帰反射ターゲットを正しい位置に動かすようオペレータに示唆するステップと、
を含む計測方法。
【請求項３】
第１、第２及び第３ターゲットをはじめ非共線的に配置された３個以上の再帰反射ターゲットを含む一群の再帰反射ターゲット並びに自トラッカ周辺に対し固定的な第１座標系に準拠するレーザトラッカを備え、そのレーザトラッカに、第１軸周り及び第２軸周りで可回動な構造体、第１光ビームを発する第１光源、第１光源と連携する絶対距離計、第１軸周り回動角たる第１回動角を計測する第１角度トランスデューサ、第２軸周り回動角たる第２回動角を計測する第２角度トランスデューサ、再帰反射ターゲットのうちいずれかの中心に向かうよう第１光ビームの方向を操作する追尾システム、第１レンズ系及び第１感光アレイを有する第１カメラ、第２光ビームを発する第２光源並びに自トラッカを動作させるプロセッサが備わるシステムを準備するシステム準備ステップと、
第１、第２及び第３ターゲット並びに１個又は複数個ある補助点の第２座標系準拠三次元座標たる定格座標をリスト化保存するリスト化ステップと、
第２光源出射光のうち第１、第２又は第３ターゲットで反射された部分を第１感光アレイで捉える反射光受光ステップと、
第１、第２及び第３ターゲットそれぞれでの反射光が第１感光アレイ上にもたらすスポットの位置を計測するステップと、
第１感光アレイ上での第１、第２及び第３スポット位置と第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を特定する対応関係特定ステップと、
第１スポット位置及び第１ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第１ターゲットに差し向ける第１ターゲット指向ステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第２スポット位置及び第２ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第２ターゲットに差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第２ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第３スポット位置及び第３ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第３ターゲットに差し向けるステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第３ターゲットの三次元座標を計測するステップと、
第１、第２及び第３ターゲットについての三次元座標計測結果並びに１個又は複数個ある補助点の定格座標に少なくとも部分的に基づき補助点の第１座標系準拠三次元座標を求める補助点座標導出ステップと、
補助点についての第１座標系準拠三次元座標導出結果を保存するステップと、
最大許容乖離幅を設定するステップと、
計測対象物の熱膨張係数を調べるステップと、
基準温度を設定するステップと、
計測対象物上に第１及び第２基準再帰反射器を配置し基準温度における第１基準再帰反射器・第２基準再帰反射器間距離を第１距離と定義するステップと、
計測対象物の温度を計測するステップと、
計測対象物温度の計測結果から基準温度を減ずることで第１温度差を算出するステップと、
第１温度差に熱膨張係数を乗ずることでスケーリング係数を算出するステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１基準再帰反射器の三次元座標を計測するステップと、
絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第２基準再帰反射器の三次元座標を計測するステップと、
計測結果に基づき第１基準再帰反射器から第２基準再帰反射器までの第２距離を算出するステップと、
第２距離から第１距離を減ずることで第３距離を算出するステップと、
第１距離にスケーリング係数を乗ずることで第４距離を算出するステップと、
第４距離から第３距離を減ずることで乖離幅を算出するステップと、
乖離幅が最大許容乖離幅を超過した場合に、警報を発する動作、或いは幾つかの再帰反射ターゲットについて三次元座標を計測しその結果に基づき計測対象物向け座標系を再特定する動作を実行するステップと、
を有する計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年３月１４日付米国暫定特許出願第６１／４５２３１４号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以てその出願の全内容を本願に繰り入れることにする。本願は、また、２０１１年１２月３０日付米国特許出願第１３／３４０７３０号、その基礎となる２０１１年４月２０日付米国特許出願第１３／０９０８８９号、並びにその基礎となる２０１０年４月２１日付米国暫定特許出願第６１／３２６２９４号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以てそれら出願の全内容を本願に繰り入れることにする。本願は、更に、２０１１年４月１５日付米国暫定特許出願第６１／４７５７０３号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以てその出願の全内容を本願に繰り入れることにする。また、本願は、２０１２年１月３０日付米国暫定特許出願第６１／５９２０４９号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以てその出願の全内容を本願に繰り入れることにする。そして、本願は、２０１２年２月２９日付米国特許出願第１３／４０７９８３号、並びにその基礎となる２０１１年３月３日付米国暫定特許出願第６１／４４８８２３号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以て両出願の全内容を本願に繰り入れることにする。
【０００２】
本発明はレーザトラッカ等の度量衡装置、特に対象物上に複数個配置された再帰反射ターゲットそれぞれを自トラッカに係る１個又は複数個のロケータカメラ、例えば自トラッカの一部となっている１個又は複数個のロケータカメラで自動識別するレーザトラッカに関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザトラッカは、計測対象点に接触している再帰反射ターゲットにレーザ光ビームを送りその点の座標を計測する装置の一種として知られている。トラッカによる計測対象点座標計測は、再帰反射ターゲットまでの距離及びそのターゲットに対する二通りの角度を計測することで行われる。その距離計測には絶対距離計（ＡＤＭ）、干渉計等の距離計測装置が用いられる。角度計測には角度エンコーダ等の角度計測装置が用いられる。光ビームを計測対象点に差し向ける動作には、そのトラッカに備わるジンバル式光ビームステアリング機構が用いられる。
【０００４】
レーザトラッカは、１本又は複数本の光ビームを発しその光ビームで再帰反射ターゲットを追尾する範疇の座標計測装置に属している。座標計測装置としては、再帰反射器や散光面上の点を計測対象とするトータルステーション、タキメータ（視距儀）等、別の範疇に属する装置もある。トラッカの精度は一般に１ｍｉｌ（１０００分の１インチ、約２．５４×１０−５ｍ）オーダ、状況によっては１〜２μｍ以下の良好さであり、トータルステーションに比べかなり秀逸である。本願では、トータルステーションを包含する広い意味で「レーザトラッカ」の語を用いることにする。
【０００５】
レーザトラッカは、通常、計測対象物の表面に配置された再帰反射ターゲットにその光ビームを入射させる。再帰反射ターゲットの代表例は、再帰反射用キューブコーナを金属球に埋め込んだ構成の球実装再帰反射器（ＳＭＲ）である。再帰反射用キューブコーナは互いに直交する３個の鏡面で構成される。その頂点、即ち３個の鏡面で共有される交差点は金属球のほぼ中心にある。球内キューブコーナ配置がこのような配置であるため、キューブコーナ頂点から計測対象物の表面に下ろした垂線の長さは、計測対象物上のどの面でもまたＳＭＲが転がっていてもほぼ一定に保たれる。従って、ＳＭＲを面沿いに移動させつつその位置をトラッカで追尾することで、その面に沿い三次元座標を計測することができる。言い換えれば、トラッカを用い高々１動径自由度＋２角度自由度＝３自由度に亘る計測を行うだけで、面の三次元的位置を全面的に特定することができる。
【０００６】
レーザトラッカのなかには、３並進量自由度（例えばｘ、ｙ及びｚ）＋３回動角自由度（例えばピッチ、ロール及びヨー）＝６自由度に亘る計測が可能なものもある。その一例は特許文献８（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，この参照を以て本願に繰り入れる）に記載の６自由度レーザトラッカシステムである。同文献では、プローブによって保持される再帰反射用キューブコーナにマーキングが施されている。６自由度再帰反射器と呼称されているのがそのキューブコーナである。このマーキング付キューブコーナにはトラッカ出射光ビームが入射し、そのマーキングの像がトラッカ側のカメラで捉えられる。カメラで捉えられた像からは３自由度分の回動角（例えばピッチ、ロール及びヨー角）が算出される。トラッカでは、キューブコーナ頂点までの距離及びその点に対する二通りの角度も計測される。それらの距離及び角度はキューブコーナ頂点に関する三通りの並進量を示唆しているので、それらをカメラ捕捉像から得られる三通りの回動角と併用し、キューブコーナ頂点に対し所定の位置関係にあるプローブ端の位置を求めることが可能である。求まったプローブ端位置は、トラッカに発する光ビームの光路外にある隠面特徴の座標計測等に用いうる。
【０００７】
レーザトラッカの典型的な利用形態は、大きな物体の実寸をトラッカで計測し、ＣＡＤ（コンピュータ支援作図）データ等で与えられる設計寸法と比べる、というものである。計測対象物の用途が同一である場合、通常、それらの物体には幾何学的な同一性が期待される。初期的なものであれ事後的に生じたものであれ、幾何学的な歪みがあると、その物体が組み込まれているシステム全体の動作に影響が及びかねない。例えば、どのような形態であれその物体に湾曲や捻転があると、そのことが製造欠陥や製品品質低下の発生原因になりうる。
【０００８】
自明な通り、レーザトラッカとそうした計測対象物との関係を特定するには、原則として３個以上の計測対象点が必要である。本件技術分野で既知の通り、オペレータには、それらの点の初期位置を十分な精度でマニュアル計測可能な力量が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７３２７４４６号明細書
【特許文献２】国際公開第ＷＯ０２／０２３１２１号パンフレット
【特許文献３】国際公開第ＷＯ０３／０６２７４４号パンフレット
【特許文献４】欧州特許出願公開第０９５７３３６号明細書
【特許文献５】国際公開第ＷＯ２０１０／１４８５２６号パンフレット
【特許文献６】米国特許出願公開第２００６／０００９９２９号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１１／０２６００３３号明細書
【特許文献８】米国特許第７８００７５８号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Maekynen,A.J.et al., Tracking Laser Radar for 3-D Shape Measurements of Large Industrial Objects Based on Time-of-Flight Laser Rangefinding and Position-Sensitive Detection Techniques, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol.43, No.1, February 1, 1994, pp.40-48, XP000460026, ISSN:0018-9456, DOI 10.1109/19.286353, the whole document.
【非特許文献２】LeicaGeosystems AG ED - "Leica Laser Tracker System", Internet Citation, Retrieved on 28 June 2012, XP002678836, [online] Internet URL http://www.a-solution.com.au/pages/downloads/LTD500_Brochure_EN.pdf
【非特許文献３】LeicaGeosystems: "TPS1100 Professional Series",1999,Retrieved on July 2012, [online] Internet URL http://www.estig.ipbeja.pt/~legvm/top_civil/TPS1100%20-%20A%20New%20Generation%20of%20Total%20Stations.pdf, the whole document
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、ターゲット例えばＳＭＲの位置をレーザトラッカ又はそれに類する計測装置のオペレータがマニュアル計測する必要をなくすことが求められている。更には、オペレータの許でトラッカ内カメラシステムが作動し、想定用途下で必要な計測対象点全てについて自動計測が行われるようにすることで、計測プロセスでオペレータの過誤が生じる余地を大きく減らし特殊な能力や訓練を不要化することが望まれている。
【００１２】
より広義には、従来はマニュアル操作で実行させる必要があった諸動作をレーザトラッカに自動実行させる方法及びシステムが求められている。その計測を実行するオペレータが未熟であっても首尾一貫した計測結果をトラッカで迅速に取得できるようにすることが望まれている。その典型はツールの検査、例えば車体骨格組立ライン内キャリッジの検査・監視である。板金スタンピング治具、航空機骨格構成部分組立ツール等のツールも対象となりうる。総じて、自動車分野や航空機分野で製造される大概の部品で、それに対応するツールが対象となりうる。そのため、トラッカを使用した諸ツール計測プロセスの改良が望まれている。そして、その計測プロセスを仕上がり部品にも同様に適用可能とすることも望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ここに、本発明の計測方法は、第１、第２及び第３ターゲットをはじめ非共線的に配置された３個以上の再帰反射ターゲットを含む一群の再帰反射ターゲット、並びに自トラッカ周辺に対し固定的な第１座標系に準拠するレーザトラッカを備え、そのトラッカに、第１軸周り及び第２軸周りで可回動な構造体、第１光ビームを発する第１光源、第１光源と連携する絶対距離計（ＡＤＭ）、第１軸周り回動角たる第１回動角を計測する第１角度トランスデューサ、第２軸周り回動角たる第２回動角を計測する第２角度トランスデューサ、再帰反射ターゲットのうちいずれかの中心に向かうよう第１光ビームの方向を操作する追尾システム、第１レンズ系及び第１感光アレイを有する第１カメラ、第２光ビームを発する第２光源、並びに自トラッカを動作させるプロセッサが備わるシステムを準備するステップと、第１、第２及び第３ターゲット並びに１個又は複数個ある補助点の第２座標系準拠三次元座標たる定格座標をリスト化保存するステップと、第２光源出射光のうち第１、第２又は第３ターゲットで反射された部分を第１感光アレイで捉えるステップと、第１、第２及び第３ターゲットそれぞれでの反射光が第１感光アレイ上にもたらすスポットの位置を計測するステップと、第１感光アレイ上での第１、第２及び第３スポット位置と第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との対応関係を特定するステップと、第１スポット位置及び第１ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第１ターゲットに差し向けるステップと、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１ターゲットの三次元座標を計測するステップと、第２スポット位置及び第２ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第２ターゲットに差し向けるステップと、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第２ターゲットの三次元座標を計測するステップと、第３スポット位置及び第３ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第３ターゲットに差し向けるステップと、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第３ターゲットの三次元座標を計測するステップと、第１、第２及び第３ターゲットについての三次元座標計測結果並びに１個又は複数個ある補助点の定格座標に少なくとも部分的に基づき補助点の第１座標系準拠三次元座標を求める補助点座標導出ステップと、補助点についての第１座標系準拠三次元座標導出結果を保存するステップと、第１光ビームを１個又は複数個の補助点へと差し向けるステップと、第１光ビーム又はその一部が反射されるよう再帰反射ターゲットのうちいずれかを配置するターゲット配置ステップと、その再帰反射ターゲットの中心へと第１光ビームを差し向けるステップと、絶対距離計並びに第１及び第２角度トランスデューサを用いその再帰反射ターゲットの三次元座標を計測するステップと、検査計画に従い計測を実行する計画準拠計測ステップと、を有する。上記計画準拠計測ステップは、更に、相応の再帰反射ターゲットを移動させ検査計画に従い計測を行うよう第１光ビームの移動でオペレータに示唆するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係るレーザトラッカ、補助ユニット及び外部コンピュータの斜視図である。
【図２】図１に示したトラッカに狭視野カメラ及びそれに対応する光源を追加した実施形態の斜視図である。
【図３】三次元ベクトルを二次元的に表記した図である。
【図４Ａ】図１に示したトラッカに備わる頑丈な構造体に実装され、複数個の再帰反射ターゲットが実効視野内に収まるようその構造体もろとも回動される広視野ロケータカメラの正面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示したロケータカメラの線４１０−４１０沿い断面図である。
【図５Ａ】図１に示したトラッカ、特に計測対象物に対し第１方向をなしている状態でその計測対象物上の諸計測対象点について自動計測を行っているトラッカの斜視図である。
【図５Ｂ】図１に示したトラッカ、特に計測対象物に対し第２方向をなしている状態でその計測対象物上の諸計測対象点について自動計測を行っているトラッカの斜視図である。
【図６】一実施形態に係るレーザトラッカに備わる電子回路及びプロセッサを示す図である。
【図７】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図８】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図９】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図１３】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図１４】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】一実施形態に係る計測システム動作手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、別紙図面を参照しつつ諸実施形態について説明するが、これは例示であり本発明の技術的範囲を規定するものではないので了解されたい（諸部材には諸図を通じて同様の符号を付してある）。
【００１６】
図１に一実施形態に係るレーザトラッカ１０を示す。このトラッカ１０では、ジンバル式光ビームステアリング機構１２を構成するゼニスキャリッジ１４が、アジマス軸２０周りで回動させうるようアジマスベース１６に搭載されている。そのゼニスキャリッジ１４には、ゼニス軸１８周りで回動させうるようペイロード１５が搭載されている。図示しないが、軸１８，２０に係る機構はトラッカ１０内で相直交し、距離計測原点として利用可能な交点即ちジンバル点２２が生じている。レーザ光ビーム４６の出射方向はそのジンバル点２２を通りゼニス軸１８に直交する仮想的な線に沿っている。言い換えれば、ビーム４６はゼニス軸１８に直交する平面内を伝搬する。ビーム４６は、トラッカ１０に備わる図示しないモータ群を用い軸１８，２０周りでペイロード１５を回動させることで、所要方向に差し向けることができる。図示しないが、トラッカ１０に備わるゼニス角エンコーダがゼニス機械軸、アジマス角エンコーダがアジマス機械軸に装着されているので、それらの角度エンコーダで回動角を高精度計測することができる。ビーム４６は外部にある再帰反射ターゲット２６、例えば上掲のＳＭＲへと伝搬していく。従って、ジンバル点２２・ターゲット２６間動径距離並びに軸１８，２０周り回動角の計測を通じ、トラッカ界座標系におけるターゲット２６の球座標を計測することができる。
【００１７】
レーザトラッカ１０の準拠座標系は装置座標系３０である。この座標系３０の原点はジンバル点２２である。装置座標系３０はアジマスベース１６、ひいてはその周囲に対し概ね固定的である。装置座標系３０は様々な表現形態を採りうる。その一種は、直交三軸ｘ、ｙ及びｚを有するデカルト座標である。別種としては球座標がある。球座標の場合、装置座標系３０における点７４の座標が動径距離７３（ｒ）、第１角（ゼニス角）７２（θ）及び第２角（アジマス角）７１（φ）で表現される。第１角θはｚ軸に対する点７４の投射角である。第２角φはｘｙ平面に対する点７４の投射角である。従って、トラッカ１０による座標計測は球座標系準拠で実行するのが自然であるが、球座標で計測された点座標をデカルト座標系による座標に換算するのは容易なことである。
【００１８】
再帰反射ターゲット２６は計測対象物６１に接触させる。計測対象物６１の準拠座標系は計測対象物座標系４０である。この座標系４０では表現にデカルト座標ｘ、ｙ及びｚ等が用いられる。計測対象物６１と共に運動するので、計測対象物座標系４０のｘ、ｙ及びｚ軸が装置座標系３０のそれに対し平行に保たれるわけではない。ターゲット２６を配置する際には計測対象物６１の表面に点接触させる。レーザトラッカでは、接触点６３の三次元座標を計測すべく、まずその点６３までの距離及びその点６３に対する二通りの角度が計測される。ターゲット２６に備わる球状接触面（ターゲット表面）の中心（ターゲット中心）からそのターゲット２６に備わる基準点例えばキューブコーナ頂点に至るずれベクトルも反映させる。ターゲット中心と計測対象物６１の表面との間にはずれがあり、そのずればターゲット表面の曲率半径に等しい量となっている。そのずれの方向は、例えば、計測対象点６３近傍にある数個の点について計測を行い、その点６３における面法線を特定することで計測される。
【００１９】
レーザ光ビーム４６には一通り又は複数通りの波長成分が含まれている。以下の説明では、そのステアリング機構として図１に示すものを想定するが、これは明瞭化及び単純化のためである。従って、他種ステアリング機構を用いることもできる。例えば、アジマス軸及びゼニス軸周りで可回動なミラーを用いビーム４６を反射させるようにしてもよい。或いは、ガルバノメータモータ等のアクチュエータで駆動される２個のステアリングミラーを用い、光ビーム方向を操作するようにしてもよい。後者の場合、アジマス軸やゼニス軸を駆動する機構無しに光ビーム方向を操作することができる。本願記載の技術は、ステアリング機構のタイプ如何によらず適用することができる。
【００２０】
この例のレーザトラッカ１０ではペイロード１５にカメラ５２及び光源５４が設けられている。光源５４は、１個又は複数個ある再帰反射ターゲット２６例えばＳＭＲを照明する。この例における光源５４は、電気的駆動で反復的にパルス発光させうるＬＥＤである。個々のカメラ５２は感光アレイにレンズを前置した構成である。感光アレイとしてはＣＭＯＳ、ＣＣＤアレイ等を用いる。レンズとしては、その視野が３０又は４０°と広い広視野レンズ等を用いる。このレンズの役目は、その視野内にある物体の像を感光アレイ上に発現させることである。原則としては、光源５４から発せられた光が個別の再帰反射ターゲット２６で反射された後にそのカメラ５２に到達しうるよう、カメラ５２付近に１個又は複数個の光源５４を配置しておく。これは、照明されているターゲット２６がカメラ５２側から見えるようカメラ５２の付近に光源５４を配設しないと、反射光の入射角が過大になりカメラ５２で反射光を捉えられなくなるからである。こうした構成の許では、ターゲット２６の像が背景物体の像よりも明るいスポット状の像となり、またそれを明滅させることができるので、ターゲット２６の像を感光アレイの背景から容易に弁別することができる。また、この例では、レーザ光ビーム４６の光路を挟みカメラ５２及び光源５４が２個ずつ設けられている。そうした形態で２個設けられているので、カメラ５２の視野内にあるどのターゲット２６についてもその三次元座標を三角測量法で計測することができる。更には、点から点へと移動していくターゲット２６の三次元座標を監視することもできる。そうした目的でのカメラ対の利用については特許文献９（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）の記載を参照されたい。
【００２１】
レーザトラッカ１０には補助ユニット５０が備わっている。このユニット５０の役目はトラッカ本体への電力供給であるが、情報処理機能及びシステム内クロック供給機能を持たせることもできる。その機能をトラッカ本体に移し、補助ユニット５０を廃止することもできる。補助ユニット５０は汎用コンピュータ６０に付随する形態で設けるのが望ましい。然るべきアプリケーションソフトウェアをロードすることで、そのコンピュータ６０に、リバースエンジニアリング等といったアプリケーション機能を持たせることができる。その情報処理能力をトラッカ本体に移し、コンピュータ６０を廃止することもできる。その場合は、ユーザインタフェース（ＵＩ）、例えばキーボードやマウスの機能もトラッカ本体に組み込むのが望ましい。補助ユニット５０・コンピュータ６０間接続は無線接続でも導電ワイヤのケーブルを介した接続でもかまわない。コンピュータ６０や補助ユニット５０をネットワークにつなぐことも可能である。コンピュータ６０や補助ユニット５０を介し、複数個の機器例えば計測装置乃至アクチュエータを相互接続することも可能である。補助ユニット５０を省略し、トラッカ本体とコンピュータ６０を直結するようにしてもよい。
【００２２】
本発明の他の実施形態としては、レーザトラッカ１０に広視野カメラ５２及び狭視野カメラを併載してそれらを利用する形態がある。次に示すように、そうしたカメラ併用形態には様々なものがある。
【００２３】
第１の形態は、図１に示したカメラ５２のうち１個を狭視野カメラ、他の１個を広視野カメラとする形態である。この形態では、カメラ５２のうち広視野な方で広角に亘り再帰反射ターゲット２６が識別される。次いで、カメラ５２のうち狭視野な方の視野内にそのターゲット２６が収まるまで、レーザトラッカ１０で、レーザ光ビーム４６の方向を注目ターゲット２６寄りに変化させる。更に、自トラッカ１０に２個備わるカメラ５２で捉えられた像に基づきターゲットの位置を計測する手順（後述）がトラッカ１０内で実行される。これにより、ターゲット２６の位置に関する最尤推定値が得られる。
【００２４】
図２に示す第２の形態は、両カメラ５２を共に広視野カメラとする形態である。加えて、互いに近接した位置に光源５６及び狭視野カメラ５８が設けられている。再帰反射ターゲット２６の三次元位置はそれら２個の広視野カメラ５２で求まり、レーザ光ビーム４６の方向はそのターゲット２６寄りに変更される。そのターゲット２６の像が狭視野カメラ５８でも捉えられるに至ったら、都合３個あるカメラ５２，５８からの情報に基づきそのターゲット２６の三次元座標が算出される。
【００２５】
第３の形態は、図１に示した２個のカメラ５２を共に広視野カメラとし、それを用いて導出したターゲット位置寄りにビーム方向を変更する形態である。照明されている再帰反射ターゲット２６を取り巻く小領域の撮影には方向決めカメラ、例えば上掲の特許文献８にて図２及び図７に記載されているカメラ２１０に類するそれが使用される。レーザトラッカ１０では、そのカメラ２１０内の感光アレイ上でターゲット２６の像が占める位置を監視し、レーザ光ビーム４６の出射方向をターゲット２６の中心寄りへと即応的に変化させる。
【００２６】
次に、図１及び図２中でレーザトラッカ１０の前面に位置している２個のカメラ５２で捉えた像に基づき再帰反射ターゲットの位置を計測する手順について説明する。
【００２７】
まず、レーザトラッカ１０に関連する座標系には、ペイロード１５と共に回動するペイロード座標系、ゼニスキャリッジ１４と共に回動するアジマス座標系、アジマスベース１６に固定されたトラッカ界座標系、並びに二種類のカメラ座標系を併せ五種類がある。アジマスベース１６はその周囲に対し固定的である。図示しないが、カメラ５２はレンズ系及び感光アレイを備えている。レンズ系及び感光アレイを備えるカメラの例については図４Ａ及び図４Ｂに図示がある。
【００２８】
ペイロード座標系としては、アジマス軸沿いにあるジンバル点２２を原点とし、且つゼニス軸に対し平行なｙ軸、ｙ軸に対し垂直でレーザ光ビームに対しほぼ平行なｘ軸、並びにｘ軸及びｙ軸に対し垂直なｚ軸を有するものを想定する。カメラ５２はこのペイロード座標系に対し固定されている。
【００２９】
アジマス座標系としては、ジンバル点２２を原点とし、アジマス軸沿いに延びるｚ軸、ゼニス軸に対し平行でｚ軸に対し垂直なｙ軸、並びにｙ軸及びｚ軸に対し垂直なｘ軸を有するものを想定する。
【００３０】
トラッカ界座標系としては、ジンバル点２２を原点とし、アジマス軸沿いに延びるｚ軸、ｚ軸に対し垂直で（アジマス軸の角度が０°のときに）ゼニス軸に対し平行になるｙ軸、並びにｙ軸及びｚ軸に対し垂直なｘ軸を有するものを想定する。
【００３１】
カメラ座標系としては、カメラ５２内レンズ系の光軸をｘ軸とするものを想定する。そのｙ軸及びｚ軸がｘ軸に対しても互いに対しても垂直で、カメラ５２内感光アレイの画素で形成されるローに対しｙ軸、カラムに対しｚ軸が整列しているものとする。
【００３２】
レーザトラッカ１０におけるゼニス軸周り回動角即ちゼニス角はゼニス角エンコーダ、アジマス軸周り回動角即ちアジマス角はアジマス角エンコーダで計測される。ゼニス角及びアジマス角がわかれば、ペイロード座標系におけるカメラ光軸の等式に則り、前述した五種類の座標系（ペイロード座標系、アジマス座標系、トラッカ界座標系及び二種類のカメラ座標系）間で座標変換を実行することができる。これは一般に４×４サイズの変換行列、即ち回動操作を示す３×３行列成分及び並進操作を示すスケーリング成分を含む行列によって実行される。変換行列の使用は、本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）にとり周知のことである。
【００３３】
カメラ５２及び光源５４は、１個又は複数個の再帰反射ターゲット２６がペイロード座標系等の座標系で占める位置の計測に用いられる。ターゲット２６の位置がわかれば、必要に応じそのターゲット２６をレーザトラッカ１０に自動追尾させることができる。
【００３４】
次に、再帰反射ターゲット２６がペイロード座標系にて占める位置を計測する手順について説明する。この手順の第１ステップでは、光源５４でターゲット２６を照らしカメラ５２でその像を捕捉する。その照明を一時中断して照明時・非照明時間画像差分を判別するようにしてもよい。それにより、背景物体の像を除去してターゲット２６の像をより明瞭に浮かび上がらせることができる。第２ステップでは、カメラ５２内感光アレイで捉えられたスポットの中心点をプロセッサ例えば補助ユニット５０にてターゲット２６毎に算出する。中心点とされるのは例えば重心である。第３ステップでは、カメラ座標系における中心点の方向をスポット毎に算出する。この方向算出は、スポットの中心点とカメラ５２の視野中心とを直線で結ぶ手法で簡便に実行可能である。レンズ系の収差を踏まえつつ方向を判別する高度な解析手法でも実行可能である。第４ステップでは、各スポットの中心点の方向及び視野中心の座標をペイロード座標系へと座標変換する。第５ステップでは、次に示す如く連立方程式を解いてペイロード座標系におけるターゲット２６の位置に関し最尤推定値を求める。
【００３５】
まず、２個あるカメラ５２それぞれの感光アレイ上には再帰反射ターゲット２６毎に中心点が生じ、その中心点によって、個々のカメラ５２からそのターゲット２６に至る方向を示す直線が特定される。原理的には、同じターゲット２６に係る２本の直線が一点で交差するはずであるが、実際には捻れがあるため厳密に一点で交差するわけではない。そこで、最接近線分の特定を通じ直線間最接近位置が最尤推定される。最接近線分とは、両直線に直交する線分のうち両直線間を最短距離で結ぶ線分のことである。ターゲット２６の位置に関する最尤推定値とされるのは、通常はその最接近線分の中点である。
【００３６】
図３に三次元ベクトルを二次元的な表現で示す。レーザトラッカ及び再帰反射ターゲットを見下ろす形態で鳥瞰し、上面図を描くとこのような表現になろう。点Ｏはトラッカにおけるペイロード座標系の原点である。ベクトルＰは原点Ｏを基準にした第１カメラの位置ベクトル、ベクトルＲは第２カメラの位置ベクトルである。ベクトルＵは第１カメラの視野中心を通る直線に沿ったベクトルであり、その方向は本手順の第３ステップで導出済である。ベクトルＶは第２カメラの視野中心を通る直線に沿ったベクトルであり、その方向は本手順の第３ステップで導出済である。ベクトルＣは、ベクトルＵ上の第１点からベクトルＶ上の第２点に至る線分に対応している。ベクトルＣはベクトルＵ及びＶに対し垂直である。
【００３７】
ベクトルＣの先端点は、スカラー量ｕ、ｃ及びｖ並びにベクトル量Ｐ、Ｕ、Ｃ、Ｒ及びＶを含む等式
Ｐ＋ｕＵ＋ｃＣ＝Ｒ＋ｖＶ      （１）
から求めることができる。
【００３８】
更に、ベクトルＣには、外積演算子「×」で表される条件
Ｃ＝Ｕ×Ｖ      （２）
が課される。ベクトル式（１）を成分毎に分解すると、ｘ成分に関する第１の等式、ｙ成分に関する第２の等式及びｚ成分に関する第３の等式が得られる。ベクトルＣを成分毎に分解すると、周知の外積公式に従い、ベクトルＵ及びＶのｘ、ｙ及びｚ成分を使用した諸式が得られる。そのベクトルＣのｘ、ｙ及びｚ成分を第１、第２及び第３の等式に代入する。その結果得られるのは３個の等式、即ちベクトルＵ及びＶのｘ、ｙ及びｚ成分を使用した等式であり、ベクトル量がいずれも既知であるため三通りのスカラー量ｕ、ｖ及びｃのみが未知となる。三通りの等式に対し三通りの未知数であるので、これらの式からスカラー量ｕ、ｖ及びｃの値を求めることが可能である。
【００３９】
ベクトルＵとベクトルＶを最接近線分に沿って結ぶ直線の先端点三次元座標Ｑ１，Ｑ２は
Ｑ１＝Ｐ＋ｕＵ      （３）
Ｑ２＝Ｒ＋ｖＶ      （４）
で与えられる。
【００４０】
直線間最接近位置の最尤推定値Ｑは
Ｑ＝（Ｑ１＋Ｑ２）／２      （５）
に従い求まる。
【００４１】
所望なら、直線間最接近位置の最尤推定値Ｑを他の数学的手法で求めることも可能である。例えば、最適化手順で値Ｑ１，Ｑ２を特定してもよい。
【００４２】
なお、上の説明では、レーザトラッカ１０から出射されたレーザ光ビーム４６がペイロード１５のゼニス軸１８周り回動でステアリングされることを想定している。しかしながら、他の仕組みによるステアリング機構を用いることも可能である。例えば、ペイロード１５をステアリングミラーに置き換えてもよい。その場合、アジマスベース１６から上方に向けてビーム４６を伝搬させる。そのビーム４６は入射先のステアリングミラーで反射されトラッカ筐体外へと出射される。ビーム４６を所要方向に向ける動作は、ゼニス機械軸に付随するモータによりステアリングミラーを回動させることで実行する。ペイロード座標系ではなくミラー座標系となるものの、この構成でも上掲の手順を用いることができる。
【００４３】
レーザトラッカのペイロード以外にカメラ乃至カメラ群を実装しそれを用いることも可能である。例えば、カメラの実装先をゼニスキャリッジ１４とすることもトラッカ外とすることも可能である。カメラ座標系・トラッカ界座標系間関係を特定する手順は、上掲のものと同様の要領で制定すればよい。その手順は、幾つかの点についてカメラやトラッカで計測を行い、その結果を利用して相応の変換行列を求める手順となろう。
【００４４】
更に、図２に示した構成では、狭視野カメラ５８の個別画素でカバーされる角度域が往々にして狭くなるため、カメラ５８の出力に大きな荷重を課すのが有益である。これを簡便に実行するには上掲の式（５）を修正すればよい。例えば、狭視野カメラ５８の視野が広視野カメラ５８のそれに対し１／４の広さなら、上掲の式（５）に代え
Ｑ＝０．２Ｑ１＋０．８Ｑ２      （６）
を用いるのが妥当であろう。
【００４５】
このほか、最小自乗法による最適化を通じ、再帰反射ターゲット２６に関し最尤推定すると共に、広視野カメラ５２の出力に課される荷重に比べ大きい荷重を狭視野カメラ５８の出力に課す、という数学的手法も用いることができる。
【００４６】
図４Ａ及び図４Ｂに、レーザトラッカ１０用のロケータカメラ４００として、再帰反射ターゲット複数個の概略位置を広視野に亘り且つ迅速に判別可能なものを示す。複数個ある光源４０１は互いに同一の構成であり、レンズ４０２を取り巻きリング状に配置されている。光源４０１をより少数にすることや１個にすることも可能である。個々の光源４０１に発する略非コヒーレント光４４０の光円錐は互いに重なり単一の光円錐を形成している。再帰反射ターゲットではその光円錐を形成している光のうち幾ばくかが反射され、その光束がこのカメラ４００へと戻される。図４Ｂ中の４５７がその光束の一つである。レンズ４０２はその光束４５７を背後に向けて合焦させ、感光アレイ４０４の表面にスポットを発生させる。レンズ４０２の前方主面４０３からそのアレイ４０４までの間隔はレンズ４０２の焦点距離ｆに等しい。
【００４７】
導電線４４１は、レーザトラッカ１０に備わる電源例えば補助ユニット５０から光源４０１及び感光アレイ４０４への給電に使用される。導電線４４１は、感光アレイ４０４から汎用コンピュータ６０への解析対象画素データ伝送等にも使用される。コンピュータ６０では、アレイ４０４上に生じる光パターンの解析により、そのパターンの中心点がアレイ４０４上で占める位置が計測される。コンピュータ６０では、再帰反射ターゲットから戻ってきた他の光束で形成されるパターンについても同様の解析が実行される。即ち、レンズ４０２の働きで反射光束がアレイ４０４上に合焦され、コンピュータ６０による解析で各パターンの中心点が特定される。そして、特定された中心点の位置に基づき、各再帰反射ターゲットに対する概略角度即ちそのターゲットの概略方向が導出される。
【００４８】
次いで、その再帰反射ターゲット（複数個ある場合はそのうちいずれか）が注目ターゲットとして選定される。注目ターゲットの像をレーザトラッカで捕捉し位置を計測することが目的である場合は、これに続き次の手順が実行される。即ち、モータを作動させることでペイロードを回動させ、レーザ光ビームを注目ターゲットの概略方向に差し向ける手順である。ターゲット位置の推定結果が十分良好な場合には、これにより光ビームが注目ターゲット直上にロックオンしてそのターゲットの追尾が始まる。ターゲット位置の推定結果が十分良好でない場合は、一策として、光ビーム方向がシステマティックに変化する形態でのサーチが開始される。例えば、螺旋パターン沿いに光ビームをステアリングしてのサーチである。光ビームが注目ターゲットに入射すると、トラッカに備わる位置検出器（ＰＳＤ）で反射光が検知される。ＰＳＤから得られる信号には十分な情報が含まれているので、それに基づきモータひいてはペイロードを駆動し、光ビームを注目ターゲットの中心直上に差し向けることができる。また、他の策としては、トラッカに備わる機構、例えばペイロードをオペレータが直に把持し、光ビームをマニュアル操作で注目ターゲットに差し向ける策もある。例えば、オペレータによる操作で光ビームの入射先を変化させ、注目ターゲットの中心に十分近づいたらトラッカ前部のＬＥＤを点灯させる策である。光ビームの入射先が注目ターゲットの中心に十分近づいていれば、その光ビームが注目ターゲット上にロックオンする。ロックオンするほど近づいていなければ、そのターゲットの位置を特定すべく短時間サーチ手順が実行される。
【００４９】
レーザトラッカ１０に備わるロケータカメラ５２の個数が複数個の場合は、通常、カメラ５２の感光アレイで捉えたターゲット中心の像それぞれを、前述したカメラ立体視計算のみで遺漏なく、個々の再帰反射ターゲット２６と一対一に対応付けることができる。同様に、トラッカ１０に備わるカメラ５２の個数が１個の場合でも、ターゲット２６による反射光がトラッカ１０の光軸沿いにカメラ５２に達しうる配置であれば、カメラ５２間視差を消去する演算を通じ、カメラ５２の感光アレイで捉えたターゲット中心の像それぞれを、個々の再帰反射ターゲット２６と一対一に対応付けうるのが普通である。ターゲット中心の像とターゲット２６の間の一対一対応関係を単一のカメラ５２で特定可能な手法はこれだけではない。例えば、アジマス角を幾通りかに変化させつつカメラ５２内感光アレイにおけるターゲット中心の位置変化を観察する、という手法でも特定可能である。この手法では、アジマス角を変化させたときに感光アレイ上のターゲット中心に生じる位置変化の量が、トラッカ１０からターゲット２６までの距離に依存することを利用する。即ち、アジマス角の変化量が同一の場合、ターゲット２６までの距離が増すほど、感光アレイ上で２個のターゲット中心間に生じる距離変化が小さくなることを利用する。トラッカ１０のアジマス角ではなくゼニス角の変化に関し同様の手法を実行してもよい。この手法の詳細については特許文献７（この参照を以て本願に繰り入れる）の図１８を参照されたい。
【００５０】
レーザトラッカに備わる１個又は複数個のカメラが十分に高精度で、トラッカ出射光ビームを再帰反射ターゲットの中心至近に差し向けること及びそこからの反射光をトラッカ内ＰＳＤで捉えターゲット追尾を始めることが可能な場合もあろう。そうした場合には、トラッカから個々のターゲットへと光ビームを差し向け、トラッカに備わる距離計測装置や角度エンコーダから比較的高精度な情報を得て三次元座標値に変換する、という動作を、ソフトウェア的な制御を通じトラッカに自動実行させればよい。また、１個又は複数個備わるトラッカ側カメラが十分に高精度でなく、トラッカ出射光ビームを再帰反射ターゲットの中心至近に迅速に差し向けること及びそこからの反射光をトラッカ内ＰＳＤで迅速に捉え追尾することが不可能な場合もあろう。そうした場合には、いずれかのターゲットに狙いを定め、相応のサーチパターンに従いトラッカ出射光ビームでターゲットの位置を調べる、という前述の動作を実行すればよい。計測対象空間内にてターゲット毎にこの動作を繰り返すことで、計測対象点毎に比較的正確な三次元座標を得ることができる。計測対象点毎に比較的正確な三次元座標を得ることは、ソフトウェア的な制御を通じ計測対象点についての計測を自動的且つ効率的に実行させる上で、また中間的なターゲットサーチを不要化する上で重要なことである。
【００５１】
これまでの説明から推察頂けるように、本発明を好適に実施するには、再帰反射ターゲット所在点の三次元座標をリスト化し、レーザトラッカに１個又は複数個備わるカメラで捉えた計測対象点の像それぞれをそのリスト上の個々の座標と一対一に対応付けることが必要になる。次に示すように、再帰反射ターゲット所在点の三次元座標をリスト化する手法は幾通りかある。リスト化される三次元座標即ち定格座標は、実際の三次元座標に対し大きめな差を呈する場合もあれば、比較的正確な三次元座標になる場合もある。
【００５２】
第１の手法は、計測対象物上でのターゲット位置を示すＣＡＤデータを利用し、計測対象物上における再帰反射ターゲット所在点間位置関係に関しリストを作成する、という手法である。
【００５３】
第２の手法は、個々の再帰反射ターゲット所在点についてカメラによる三次元計測を行い、それらの点の三次元座標に関しリストを作成する、という手法である。この三次元計測や、その結果と再帰反射ターゲット所在点との対応付けは、目下の計測セッションに先立ち行っておく。
【００５４】
１個又は複数個のカメラで捉えた再帰反射ターゲットの像同士が位置的に近すぎ、カメラ捕捉像上でのスポット位置それぞれを個々のターゲット所在点と速やかに対応付けることができない場合もあろう。その場合、それらの点についての計測を、レーザトラッカを用い且つ前述した手法に従い行えばよい。例えば、トラッカからそのターゲットへとレーザ光ビームを差し向け、ターゲット位置をそのトラッカで直に計測すればよい。必要なら、サーチ手順を併用して計測してもよい。
【００５５】
本発明を実施する上で重要なことの一つは、トラッカ界座標系・計測対象物座標系間の関係を特定することである。別の言い方をすると、トラッカ界座標系から計測対象物座標系へ、またその逆への変換手法を準備することが重要となる。
【００５６】
例えば次の三手法がその関係特定に適している。第１に、３個以上の再帰反射ターゲットについてその所在点をレーザトラッカで検出する手法である。第２に、複数個の再帰反射ターゲットについてその所在点をトラッカで検出する一方、トラッカ及び計測対象物それぞれに配置された傾斜計で都合複数通りの傾斜角を計測する手法である。第３に、６自由度計測能力のあるトラッカを用い単体の６自由度カメラについて計測する手法である。これら三手法のうちいずれかで得た情報を適宜組み合わせれば、計測対象物座標系におけるトラッカの座標を特定することができる。翻って、トラッカ界座標系における計測対象物の座標を特定することもできる。
【００５７】
前段落に述べた手法でもたらされる情報に基づきトラッカ界座標系における計測対象物の座標を特定する際には、次に概記する手法を使用することができる。まず、３個の再帰反射ターゲットについてレーザトラッカから所在点検出結果が得られる場合は、それらの点のうち第１の被検出点を原点に設定した上で、第２の被検出点に基づきｘ軸、第３の被検出点に基づきｙ軸を設定することで、計測対象物ローカルな座標系を設定することができる。ｙ軸は、原点を通り且つｘ軸に直交するよう設定する。ｚ軸は、原点を通り且つｘ軸及びｙ軸に直交するよう、またその方向がいわゆる当業者にとり既知の右手則に準拠するよう設定する。他方、計測対象物にはＣＡＤデータで規定される計測対象物座標系が付随している。例えばその原点、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸がＣＡＤデータ中の情報によって規定されうる。従って、ＣＡＤデータをトラッカ界座標系準拠のデータに変換する際や、その逆にトラッカの座標をＣＡＤデータ準拠座標系での座標に変換する際には、都合三種類の変換行列が導出されるのが普通である。変換行列としては、一般に、回転を表す３×３行列部分と座標系間並進を表すスケーリング成分とを含む４×４行列が使用される。ここで扱っている状況下では、そうした変換行列三種類を特定の順序で互いに乗ずることで、計測結果やＣＡＤデータ中の数値を所要座標系での値に変換可能な総変換行列を求めることができる。変換行列の用法はいわゆる当業者にとり周知であるのでここでは説明を省くことにする。
【００５８】
複数個の再帰反射ターゲットについてレーザトラッカから所在点検出結果が得られ、且つトラッカ及び計測対象物について傾斜角計測結果が得られる場合は、再帰反射ターゲット所在点のうち第１の点を原点に設定した上で、その点から第２の再帰反射ターゲット所在点に至る方向をｘ軸とすることで、計測対象物ローカルな座標系を設定することができる。トラッカ側傾斜計及び計測対象物側傾斜計にて各二通りの縦傾斜角が重力ベクトル基準で計測されるのであれば、いわゆる当業者にとり周知の回動手法に従い計測対象物の座標を回転変換することで、両傾斜計間の重力ベクトル方向差を補償することができる。計測対象物ローカルな座標系のｘ軸とＣＡＤデータで規定されるｘ軸との間を適正に関連づけうる重力ベクトル周り回転変換が一通りしかないため、重力ベクトル周り回動角における曖昧さも排除することができる。この手法は、トラッカで検出された再帰反射ターゲット所在点の三次元座標同士を結ぶ直線が重力ベクトルと平行にならない限りは、好適に使用することができる。
【００５９】
座標系間変換に関しては、計測によって拘束がかかる自由度の個数に着眼する考察法もある。例えば、１個目の再帰反射ターゲット所在点をレーザトラッカで検出すると、その計測対象物上のある一点に関しｘ、ｙ及びｚ座標が特定される結果、それに対応する３自由度の分、計測対象物の位置・姿勢に関する不明性が減少することとなる。物理的には、これによって被検出点の空間的位置が特定される一方、その点を中心にした計測対象物回動角が全て不明のまま残される、ということである。次に、２個目の再帰反射ターゲット所在点をトラッカで検出すると、三通りある計測対象物回動角についての不明性が、１個目の再帰反射ターゲット所在点と２個目の再帰反射ターゲット所在点とを結ぶ直線を中心にした計測対象物回動角についての不明性に置き換わる結果、計測対象物の位置・姿勢が更に２自由度に亘り特定されることとなる。即ち、回動角自由度の個数が３から１に減少する。１個目の再帰反射ターゲット所在点に関する計測で三通りの並進量自由度、２個目の再帰反射ターゲット所在点に関する計測で二通りの回動角自由度、合計では５自由度に拘束がかかる。残る自由度の個数が１であるため、拘束がかかった自由度の個数との合計は６となる。
【００６０】
例えば、レーザトラッカ側傾斜計及び計測対象物側傾斜計にて各二通りの縦傾斜角が重力ベクトル基準で計測される一方、トラッカでその所在点三次元座標が計測される再帰反射ターゲットの個数が１に留まる場合には、計測対象物の自由度を全て拘束するに足る情報を得ることができない。これは、２個ある傾斜計でもたらされるのが各二通りの縦傾斜角についての情報のみで、計測対象物の重力ベクトル周り回動に関する情報がもたらさないからである。言い換えれば、２個ある傾斜計の働きで拘束される自由度の個数は２に留まる。１個のターゲットに関しトラッカで所在点の三次元座標を計測することで拘束される３自由度と併せ、拘束される自由度の個数は５となる。６自由度に亘り拘束をかけないと位置・姿勢が完全に特定されないため、これらの計測結果だけでは不明性が残り、計測対象物の重力ベクトル周り回動角が特定されずに残ってしまう。
【００６１】
これに対し、レーザトラッカ側傾斜計及び計測対象物側傾斜計にて各二通りの縦傾斜角が重力ベクトル基準で計測される一方、トラッカでその所在点三次元座標が計測される再帰反射ターゲットの個数が２である場合には、それらターゲット所在点間を結ぶ直線が重力ベクトルと平行にならない限り、計測対象物の位置・姿勢を全自由度に亘り特定するに足る情報が得られる。即ち、ターゲット所在点間を結ぶ直線が重力ベクトルと平行にならない限り、この計測によって、６自由度に亘り計測対象物の状態を特定することができる。
【００６２】
傾斜計で検出されるベクトルがいずれも重力ベクトルと平行な場合は、計測対象物の重力ベクトル周り回動を判別するに足る情報が得られないため、計測対象物の位置・姿勢を５自由度分しか特定することができない。なお、個別計測で拘束される自由度の個数を単純加算しても自由度拘束総数が求まらないことに留意されたい。例えば、一点計測で３自由度が拘束されるけれども、２点計測で拘束されるのは５自由度であり６自由度ではない。同様に、２個の再帰反射ターゲット所在点に関するレーザトラッカ利用計測で５自由度が拘束された後、トラッカ側傾斜計及び計測対象物側傾斜計にて各二通りの回動角を計測したとしても、更に２自由度が拘束されて自由度拘束総数が６や７になることもない。これは、傾斜計によって拘束される２自由度の基本設定が、トラッカで検出される２個の再帰反射ターゲット所在点の基本設定から独立していないためである。言い換えれば、個別剛体の位置・姿勢を完全に特定するには、三通りの並進量自由度（例．ｘ，ｙ，ｚ）及び三通りの回動角自由度（例．ピッチ角、ロール角及びヨー角）に亘る拘束が必要となる。例えば、重力ベクトル周り回動角（いわゆるヨー角）に拘束がかからない前掲の例では完全な特定ができない。本願における「自由度」の語は独立自由度を意味するものと理解されたい。
【００６３】
レーザトラッカに備わるカメラを同トラッカのアジマス軸及びゼニス軸周りで回動させると、そのカメラでターゲットの像を捉えうる範囲が同カメラの視野を超え拡がることも、ご理解頂きたい。例えば、トラッカに備わるカメラのうち一つで、アジマス方向に沿った視野拡がりが３０°であったとする。この場合、そのトラッカにおけるアジマス軸周り可回動範囲が３６０°であれば、そのカメラの実効視野は３６０°まで拡がる。
【００６４】
本発明の諸実施形態によれば、レーザトラッカ、ターゲット配置用エフェクタ、トラッカ用ターゲット例えばＳＭＲ、コンピュータシステム、計測用ソフトウェア、そのソフトウェアと連携するリモートコントローラ乃至ハンドヘルドデバイス等からなる計測システムに関し、さほど訓練を受けていないオペレータでも、コンピュータ例えば汎用コンピュータ６０との一連のやりとりを通じトラッカをセットアップすることや、計測対象物上の狙ったエフェクタ内にターゲットを配置することや、所望の領域を計測対象領域に指定することができる。計測システム側では、これに応じターゲット所在点に係る計測を自動実行してその結果を出力する。
【００６５】
本発明の一実施形態に係る方法によれば、また、オペレータの許で計測が簡便且つ迅速に進むよう、レーザトラッカ出射光ビームを計測対象物上の計測所要位置に差し向け、オペレータにターゲット配置所要位置を示唆することができる。例えば、計測対象物上の磁気ネスト内にＳＭＲ等の再帰反射ターゲットを配置するよう、トラッカ出射光ビームでオペレータに示唆することができる。また、誤った位置に配置された再帰反射ターゲットを正しい位置に動かすようオペレータに示唆することもできる。正しい位置は、例えば、まず再帰反射ターゲットが存する誤った位置、次いでそのターゲットを配置すべき別の位置、という順で光ビーム方向を動かし示唆すればよい。
【００６６】
ＳＭＲ等のターゲットをオペレータが所定位置に配置しレーザトラッカでその所在点の三次元座標を計測するセットアップ段階にて、トラッカ出射光ビームによる案内を供与することもできる。その有益性は、ＣＡＤデータ上での定格寸法が計測対象物の実寸から隔たっているときに顕著となる。セットアップ段階でターゲット所在点の三次元座標が正確に特定されれば、実計測時間が短縮されまた実計測時の誤差・過誤発生が抑制されることとなろう。
【００６７】
レーザ光ビームの向きでオペレータに所要行為を示唆し誤差・過誤を防ぐこともできる。例えば、レーザトラッカ検査用ソフトウェアに組み込まれている検査計画に従い、計測対象点及びその計測順序をオペレータに示唆することができる。その計測の結果を保存しておき所要関係の導出、例えば座標系間関係、直線間距離、平面間交差角等の導出に使用することができる。オペレータが計測対象点や計測順序を誤らない限り、トラッカ検査用ソフトウェアによる所要関係の導出に失敗や過誤が生じることはなかろう。
【００６８】
上掲の諸場面では、磁気ネスト、エフェクタ孔等といった特定の位置にＳＭＲ等の再帰反射ターゲットを配置するようオペレータに示唆が与えられる。その他の重要な場面としては、オペレータの許で表面輪郭が計測される場面がある。その一例は、面の平坦さ、球面の直径或いは面同士の交差角を表面輪郭計測で求める場面である。別例としては、自動車又は航空機の組立に使用されるツールの構成部分についてオペレータの許で表面輪郭計測を実行する場面がある。この場面では、レーザトラッカを用い表面輪郭を計測し、その結果が設計公差内に収まっているか否かを判別する。収まっていない場合、オペレータは相応の手段でツールに改修（例えば該当部位からのツール形成素材切除）を施すよう示唆を受ける。これを含め、ターゲットを用い表面輪郭計測を行う場面では、相応のトラッカ制御プログラム下で走査対象領域を示唆することによって、オペレータによる作業を大きく単純化・高速化することができる。オペレータには、トラッカに発する光ビームの方向を変化させることで、走査対象領域の範囲を示唆すればよい。走査途上で辿られるべき実際の経路を光ビームでなぞることで示唆してもよい。
【００６９】
複雑な構造物を組み立てる際にもレーザトラッカからの示唆が手助けになる。例えば、航空機のコクピットに多数の部品を装着する際にはほぼ必須となろう。光ビームを差し向け作業者に穿孔対象部位その他の処置対象部位を示唆することで、大概、部品装着コストを抑えることができる。装着部品の輪郭を走査し装着が適正に行われたことを確認するよう、部品装着後にオペレータに示唆することもできる。その走査に際しては、例えば、仕掛品上に配した再帰反射ターゲットが１個又は複数個のカメラで識別される。その識別結果は、仕掛品の準拠座標系におけるトラッカの座標を求め、トラッカ出射光ビームで作業者に所要行為を示唆する、といった具合に利用することができる。
【００７０】
アジマス軸周り回動及びゼニス軸周り回動によって拡がるため、レーザトラッカに備わるカメラ乃至カメラ群の実効視野が広く、様々な方向にある再帰反射ターゲットを像として捉えうることについては、前述の通りである。自トラッカから見えるターゲット全てが目下の計測対象物上にあるものだけなら、それらのターゲットをトラッカで調べ計測対象空間乃至領域を自動特定することができる。しかし、目下の計測対象物でない物体を含め複数個の物体にターゲットが散在しているとなると、往々にして、計測対象領域をオペレータが指定しなければならなくなる。本発明の一実施形態では、再帰反射ターゲットを動かし注目領域の輪郭を指定する操作で、オペレータがこの指定を行うことができる。例えば、ターゲットを次から次へと４回動かし注目領域の上下左右端を指定する操作である。オペレータは、同様の指定を、トラッカ上のペイロード又はそれに相応する構造体をマニュアル操作で動かし、レーザ光ビームの向きで計測対象領域の上下左右辺を指定する操作で行うこともできる。トラッカ制御プログラムからの示唆に応じオペレータがこうした操作を行うようにすることも、或いはトラッカ制御プログラムからの示唆を待たずオペレータが自分の所作で計測対象領域指定の通知を発するようにすることも可能である。その所作の一例としては、再帰反射ターゲットの位置を所定パターンに従い所定時間以内に変更する所作を挙げうる。別例としては、ペイロードを把持しトラッカ出射光ビームを直下に向けることで計測対象領域指定の意向を示す所作を挙げうる。その所作の後は、ペイロードを動かし所望領域の上辺、下辺、左辺及び右辺を指定することで計測対象領域を指定すればよい。トラッカ制御プログラムの許でターゲットマッチング手順を実行し、ターゲットの三次元座標に係るリスト又はＣＡＤデータに対し対応関係にある一群の再帰反射ターゲットを識別するようにしてもよい。
【００７１】
以上の説明で強調した効果は、オペレータの許での計測をレーザトラッカ出射光ビームで支援できる、という効果である。それに加え、これから説明する通り、計測を完全に自動で実行できるという効果もある。その全自動計測を通じ計測が高速化されるため、計測時間延長を伴うことなく計測対象物上のターゲット数を増やすことができる。これにより各データセット内の計測点数が増すため、狙いとする幾何学的特性に関するより正確な情報をより迅速に、ソフトウェア的な処理で計測対象物から得ることができる。また、複数個の計測対象点に関し計測を行う際に、オペレータがＳＭＲ等のターゲットをマニュアル操作で動かす機会が減るので、計測セッション中に計測対象物の位置がずれる機会も減ることとなる。ひいては、計測誤差の発生を抑えることができる。
【００７２】
全自動計測には、計測順序が最適になるという長所が潜んでいる。まず、計測対象物上に配置された多数のターゲットをマニュアル計測する場合、オペレータは、互いに近い位置関係にあるターゲットを計測対象にすることで、計測を最短時間ですまそうとするであろう。これに対し、全自動計測時には、最も正確且つ安定な計測結果が得られるような順序で計測を実行することができる。例えば、基準線上のある２点が大型の計測対象物を挟み対峙しているとする。全自動計測時には、互いに大きく離れているこれらの基準点を相次いで計測すること、ひいてはドリフトを排除して正確な計測結果を得ることができる。
【００７３】
全自動計測には、自動修正が可能になるという長所も潜んでいる。例えば、商品生産ラインで使用されるツールについては、往々にして定期的な特性計測が求められる。この計測は、ツールが曲がっていないこと、ターゲットの位置が変わっていないこと等々の確認に役立つ。計測対象物にがたつきが生じたこと等は、その定期計測中にトラッカ制御プログラムによって発見される。従って、その通知に応じトラッカ制御プログラムが自動修正手順を呼び出すようにすれば、がたつきで変化したターゲット位置をその手順に従い再計測することが可能となる。自動修正手順は、また、ツールによる計測対象物の堅固保持を求める堅固実装条件の緩和にもつながる。堅固実装条件が緩くなれば、顕著な正確性及び再現性が不要となるため、ツールの作成・稼働に関わるコストが低減されることとなる。
【００７４】
自動修正の別例としては、組立ライン上にある計測対象物に適用する例を挙げうる。組立ライン上にある物体は、そのラインを一巡する間に位置が多少変化しているものである。従って、検査用のレーザトラッカに戻ってきた物体に関し基準点計測を行い、トラッカ界座標系・計測対象物座標系間関係の変化を自動修正するのが有益である。
【００７５】
上述した自動計測でもたらされる能力の一つに、所定の動作及び警報・警告設定しきい値が組み込まれるよう、オペレータに代わり精度値を好適値に設定することができる、という能力がある。例えば、一群の精度値を好適値に設定することで、（１）安定性チェックの実行頻度及び公差、（２）総指向誤差補償分に占める自己補償分についての条件、（３）自己補償の実行頻度及び公差、（４）計測対象点１個当たり計測サンプル数のしきい値、（５）補償チェック前周囲温度変化の限度、（６）整列結果及び位置移動に関する許容公差、並びに（７）ドリフトチェックの実行頻度及び公差を組み込むことができる。
【００７６】
そうした値それぞれを個別設定することもできる。用途や動作条件の違いに基づき行列化した値を、後に呼び出せるよう計測プロファイルとして保存するのが望ましい。
【００７７】
これから例示説明するように、そのセットアップ段階は、オペレータとの連携が含まれていて全自動ではない手順でも実行することができる。レーザトラッカ１０の出射光ビームで計測対象物上のターゲット配置所要位置を個々の計測対象点毎に指し示す、といった手順である。その一例は、ＳＭＲ等の再帰反射ターゲットをオペレータが手にとり、光ビームで指し示された位置にそのターゲットを配置することで、そのターゲットに光ビームをロックオンさせる、という手順である。トラッカ１０では、その計測対象物上（例えば磁気ネスト内）にあるターゲットの三次元座標を計測した後、光ビームの行く手を次のターゲット配置所要位置へと移動させる。第２の例としては、計測対象物上（例えば磁気ネスト内）にターゲットを配置したらオペレータがすぐさま合図を送る、という手順がある。例えば、そのターゲット上に光ビームが直ちにロックオンしない場合に、ターゲットの面前に手をかざしカメラ視野内でターゲットの像を明滅させる、といった合図を送る手順である。トラッカ１０では、ターゲットをサーチし速やかにその位置を計測する。トラッカ１０では、その後、次の計測対象点へと光ビームを移動させることで、計測対象物上のどこにターゲットを配置すべきかをオペレータに伝える。第３の例としては、第２の例と似ているが、ターゲットがすぐに見つからなくてもトラッカがサーチを行わない手順がある。この手順では、その代わりに、オペレータがターゲットの前に手をかざすとトラッカ１０が光ビームの行く手を次の計測対象点に移動させるようにする。初期段階であるセットアップ段階にて、計測対象点１個当たり計測時間を例えば約０．１秒に抑え、計測全体を比較的迅速に終えうることは、歓迎されうることであろう。
【００７８】
ツール等の上に多数の再帰反射ターゲット、例えば１００個超のターゲットを配置し計測を実行することもある。ターゲット購入費用を抑えるため、オペレータによっていちどきに配置されるターゲットの個数がより少数、例えば２５個とされる場合もあろう。そこで、使用可能な個数（例えば２５個）のターゲットがツール上に配置されレーザトラッカによる計測が行われる期間のことを「計測サイクル」と呼ぶことにする。
【００７９】
最初はＳＭＲ等のターゲットが未固定であるので、オペレータは、マニュアル操作で又はレーザトラッカ１０による案内を受けつつ、その計測対象物上にターゲットを配置する。トラッカ１０はこれに続き安定性チェック（基準システムチェック）を実行する。このチェックは、１個又は複数個の点についての計測を通じ実行することができる。例えば、計測対象空間の両端を占める都合複数個の点並びにその空間の中心に最も近い一点について、トラッカ１０に計測を実行させればよい。トラッカ１０は、計測継続時間を当初の短時間から徐々に延ばしつつ（採取されるサンプルの個数を増やしつつ）一連の点について自動的なサンプル採取を行い、その結果に基づき最適なサンプル数、即ちオペレータから指示された精度を計測システム側で実現しうるサンプル数を判別する。その判別結果が計測対象点１個当たりサンプル数に係るシステム設定値となる。更に、この安定性チェックは、所定期間経過時点、所定点数計測終了時点、各計測サイクル始期・終期等の時点で、計測システム側に再実行させることができる。初回の安定性チェックで計測対象とされた点（基準点）が３個以上あるので、それらの点に関する再計測を計測サイクル終期に実行して動きをチェックすることや、ターゲット移動中にオペレータが原因で計測対象物に生じた動きが補償されるよう、各計測サイクルの始期に実行してトラッカ出射光ビームを相応部位に差し向けることができる。また、計測対象物の動きをより簡便且つ高速に検知できるよう、計測対象物上の一点及び計測対象物外（例えば床上）の一点にターゲットを配置してもよい。それらの位置にターゲットを常時配置しておき、計測セッション継続中に計測システム側で定期チェックを行うようにしてもよい。各サイクルの始期・終期に再チェックを行うのに加え、計測セッション継続中に所定周期でチェックを行うようにしてもよい。最も小規模な構成となるのは、こうした基準点に係る計測を各計測セッションの始期及び終期に実行する構成であろう。
【００８０】
計測システムによる自動計測はシステム設定毎に所要点全てに関し実行される。レーザトラッカは、その計測が一点進むたびに、オペレータ向けの光源５４たるＬＥＤ群の出射光を明滅させることで、その点に係る計測の合否をオペレータに通知する。否即ち公差範囲外と通知された場合、オペレータは、トラッカ視野内にある任意のターゲット例えばＳＭＲの面前に手をかざすことで、その自動計測を一時停止させることができる。即ち、光源出射光の明滅に応じたターゲット反射光の明滅を遮ることで、カメラシステム経由で自動計測を一時停止させることができる。オペレータは、更に、公差範囲外とされた点の面前で手を止め調整手順を開始させることができる。その際、トラッカは、ターゲットが本来あるべき点に光ビームを差し向ける。オペレータは、ディジタル出力による案内に従い、ツール等のうち公差範囲外とされた部位に調整を施す。オペレータは、調整完了後に何らかの所作をすること、例えばターゲット面前で手を振ることでトラッカに指令し、その点に関する再計測及び残りの点に関する後続計測を実行させることができる。ターゲットの操作や計測システム側でのアジマス軸乃至ゼニス軸周り回動によって全計測プロセスを完遂できるので、オペレータは、リモートコントローラ、マウス、キーボード等を操作する必要がない。
【００８１】
図５Ａ及び図５Ｂに、図１や図２に示したレーザトラッカ１０、特に計測対象物５００に対し第１方向（図５Ａ）又は第２方向（図５Ｂ）をなしている状態でその計測対象物５００上にある幾つかの再帰反射ターゲット２６（例えばＳＭＲ）につき自動計測を行っているトラッカ１０の斜視外観を示す。計測対象物５００とされているのは、自動車組立ラインに備わるキャリッジをはじめ、割合に大きめの物体である。但し、これは一例であり、様々な種類のツールや製品が計測対象物５００となりうる。また、ここで例示している計測対象物５００上には、本発明の諸実施形態に従い様々な位置に都合複数個のターゲット２６が配置されている。計測対象物５００によって保持されているアセンブリ上にターゲット２６を配置することもできる。
【００８２】
図５Ａでは、計測対象物５００上の諸部位に都合複数個の再帰反射ターゲット２６例えばＳＭＲが配置されている。図中のレーザトラッカ１０からは、そのターゲット２６のうち幾つかへとレーザ光ビーム４６が差し向けられている。更に、トラッカ１０に備わる１個又は複数個のカメラ５２，５８は円錐５１０の如き視野を有しており、その視野内には計測対象物５００のうち一部が収まっている。
【００８３】
図５Ｂでは、図５Ａに比べ、計測対象物５００に対するレーザトラッカ１０の向き、並びに計測対象物５００における再帰反射ターゲット２６例えばＳＭＲの配置個所が変化している。計測対象物５００に対するカメラ５２，５８の視野円錐方向も変化している。従って、計測対象物５００上の別位置にあるターゲット２６がカメラ５２，５８の視野内に入ることとなる。カメラ５２，５８で狙う位置を複数通りに亘り変化させる手法は二通りある。第１に、組立ライン等では、キャリッジを小幅に動かすことで図５Ａ及び図５Ｂの如くトラッカ１０の視野を変化させることができる。第２に、固定されたツール等に関しては、それまで視野外にあった点が視野に入るようトラッカ１０を動かすことで、その点についての計測を行えるようになる。
【００８４】
計測対象物５００のサイズや必要とされる精度によっては、その計測対象物５００の周囲温度に起因する誤差への対処も必要になる。例えば、金属質の物体はその温度が高まるにつれて膨張する。その一方で、ＣＡＤデータ上での寸法等、計測対象物５００の定格寸法は一般に華氏６８°即ち２０℃域の管理室温を基準にしている。従って、温度がそれより高いと計測対象物５００の寸法が定格寸法よりも大きくなる。こうした寸法変化の補償手法としては、一般に、計測ジョブにスケーリング係数を適用し形成素材情報・温度情報に従い基準温度での値に逆換算する手法や、基準点に関し計測し計測ジョブ実行時にスケーリング係数を適用する手法を採りうる。
【００８５】
自動計測セッション、特に基準点に位置する再帰反射ターゲット２６が使用・計測対象となるセッションでは、計測ジョブ実行時にスケーリング係数が必ず適用されるよう、ソフトウェアに対するセッティングを通じオペレータが指示を与えることができる。この手法には、計測ジョブ実行時にスケーリング係数が自動的に変化するため、計測対象物の幾何学的変化例えば屈曲が小さめに見える、という問題がある。もう一方の手法は、計測対象物上に配置したセンサで素材温度を検出すること、オペレータに膨張係数又は素材種別を入力させること、並びにセンサやオペレータからの入力に基づき計測システム側でスケーリング係数を決定することで実行可能である。しかしながら、自動化されたシステムを稼働させる上で望ましいのは、これら二手法を対比的に実行・利用し、所望のシステム精度を超過する差分が見つかった場合にオペレータに通知することであろう。オペレータは計測対象物上に任意個数の素材温度センサを配置することができる。計測システムにおける周囲温度判別は、レーザトラッカ内部センサからの入力に基づき行っても外部センサからの入力に基づき行ってもよい。計測システム側では、計測対象物に膨張又は収縮が生じかねないほど差分が大きくなった場合にオペレータに通知し、計測対象物が周囲環境になじみその温度が安定するまで計測時期を遅らせる。計測ジョブに素材種別や膨張係数を組み込んでもよい。計測システム側では、計測対象物上の基準点に関し計測を行い、その結果を定格値又は所望値と比較する。
【００８６】
その換算処理に際し、計測システム側では、定格値に対する計測結果の差分に基づくスケーリング係数、並びに素材種別及び素材温度センサ出力に基づくスケーリング係数を算出する。それら二種類のスケーリング係数間に許容できないほどの差分がある場合は、オペレータに通知して計測セッションを中止する。スケーリング係数間差分が大きく計測システム出力が信じられない状況としては、（１）素材温度センサ、周囲温度センサ又はその双方が不調で出力が狂っているという状況も考えうるが、（２）計測対象物が幾何学的に変形しターゲット２６の位置が計測対象物上の基準点から外れている、といった状況の方が生じやすい。ただ、スケーリング係数の自動決定を通じその誤差が小さめに見え、計測ジョブ全体に亘り不確定性・誤差が入り込む傾向があるため、進行中の計測セッションで後者の状況を検出するのは割合に難しい。基準点に誤差があれば、一般に、計測ジョブ全体が定格値から僅かにずれて幾つかの点が不正常となる。これに克ち高精度化するには、計測セッション実行中にシステム側で付加的なチェックを行い、計測対象物の膨張・収縮分を補償すればよい。
【００８７】
また、こうした高度な自動計測システムでは、そのレーザトラッカ１０に備わる立体視型の測位・測距用カメラ５２を利用し、再帰反射ターゲット２６例えばＳＭＲの位置を推定することができる。例えば、計測システムに対し計測対象空間を指定する際、オペレータは、計測対象物５００上にターゲット２６を複数個配置し、それらターゲット２６からトラッカ１０が見えることを確かめた上で、計測システム側ソフトウェアによる示唆に応じアジマス軸及びゼニス軸をマニュアル操作し、トラッカ１０のヘッドを所望の計測対象空間の端点付近に向ければよい。即ち、ソフトウェアからの示唆に応じヘッドを動かし、レーザ光ビーム４６を計測対象空間の右端点付近に差し向ければよい。計測システム側では、ヘッドが同じ向きに所定時間例えば２秒に亘り留まったときに、その向きにある点を記憶する。ソフトウェアからオペレータには、計測対象空間の左端点付近、上端点付近及び下端点付近へとヘッドを向けよとの示唆も与えられる。
【００８８】
指定された計測対象空間が広すぎ、自トラッカ１０に搭載されているカメラ５２の視野からはみ出している場合、レーザトラッカ１０は、再帰反射ターゲット２６例えばＳＭＲを探すべく、全空間を対象とした掃引探査プログラムを実行する。このプログラムは、計測セッション全体を通し、ターゲット２６の状態や計測システムへのユーザの入力を監視すべく所要回数に亘り反復実行される。トラッカ１０は、計測対象空間内にありターゲット２６とおぼしき点それぞれのＸＹＺ座標を、立体視型のカメラ５２を利用し推定する。即ち、計測システム側ソフトウェアに従い、自トラッカ１０・諸点間位置関係の一次近似値を算出する。トラッカ１０はそれらのうちいずれかの点へとレーザ光ビームを差し向ける。差し向けてはみたが点が見当たらない場合、トラッカ１０は、自トラッカ１０の前面にあるＬＥＤ（図示せず）を点灯させることでエラーメッセージを発し、更にターゲット２６を見失った位置、狙いが外れた位置又は他物体で遮られた位置へと光ビームの入射先を移動させる。トラッカ１０は、オペレータが容易に追いかけられるようこの移動を例えば固定的なパターンに従い実行する。オペレータは、入射先が修正された後にターゲット２６の面前で手を振ることで、位置計測その他の処理を実行するよう計測システムに対し指示を与えることができる。これを受け、トラッカ１０は、カメラ５２又は従来型のサーチシステムで個々のターゲット２６上にロックオンして自動計測を実行する。
【００８９】
前段落で述べた通り、レーザ光ビームをターゲット方向に差し向けるときには、その光ビームの方向を固定するのではなく何らかのパターンに従い変化させる方がよい。例えば、計測対象物の頂部付近に磁気ネストがあり、そのネスト内に再帰反射ターゲット例えばＳＭＲが配置されているとする。この場合、ターゲット中心の所在方向へと光ビームをまっすぐ差し向けたとしても、何にもぶつかることなく計測対象物のそばを通り抜けてしまい、オペレータが光ビームの入射先を見失う可能性がある。光ビームの方向を何らかのパターンに従い変化させれば、様々な位置のターゲットにそれを入射させることができる。
【００９０】
自トラッカ１０に１個又は複数個の広視野カメラと１個又は複数個の狭視野カメラが備わっている計測システムでは、広視野カメラを用い再帰反射ターゲット２６例えばＳＭＲの概略方向を調べ、その方向にレーザ光ビームを差し向けることができる。ビーム４６の入射先がターゲット２６の中心から若干ずれているため追尾システムがターゲット２６上にロックオンしない場合には、次に示す処理のうち一通り又は複数通りを実行すればよい。（１）広視野カメラで調べた方向を自トラッカ１０内で再評価しビーム４６の入射先を修正する。（２）使用するカメラを狭視野カメラに切り替える一方、自トラッカ１０内でターゲット２６の光学的中心点を再算出し、その点を狙いと定め追尾システムによるターゲット２６上へのロックオンを試みる。（３）使用するカメラを広視野カメラから光学ズーム機能付の狭視野カメラに切り替え、その狭視野カメラの視野内にターゲット２６があるか否かを調べ（広視野カメラを使用しトラッカ１０内で算出される方向には誤差が多いのでその方向に狭視野カメラを向けてもターゲット２６が見えないことがある）、視野内にないならターゲット２６が視野内に入る点までその狭視野カメラをズームアウトさせ、自トラッカ１０内でそのターゲット２６の光学的中心点を算出してそこを狙う。
【００９１】
これらの処理は、いずれも、再帰反射ターゲットの像が再捕捉されるに至るまで反復することが可能であり、また広視野カメラ及び狭視野カメラを併有するカメラシステムの方がレーザ光ビーム及び位置センサを併有する従来型の標的サーチシステムに比べ高速な点で有益なものである。
【００９２】
本発明は、更なる計測手順として、ソフトウェア的な処理で計測結果を許容公差と比較する手順を伴う形態でも実施することができる。計測結果とされるのは、ＣＡＤデータ等で与えられる定格寸法と、ツール等におけるターゲット所在点間距離をレーザトラッカ１０で計測した寸法との間の差分である。その差分が許容公差を上回った場合、トラッカ１０はそれに応じた動作を実行する。実行されるのは、例えば、それらの点についての再計測、それらの点についての長時間計測等といった単純な動作である。トラッカ精度が損なわれないようにするためトラッカ１０に二面計測を実行させてもよい。このほか、トラッカ１０に実行させうる動作としては、オペレータ向けにエラーメッセージを発する、ビープ音を鳴らす、光を明滅させる、オペレータが安定性チェック、調整又は不備ターゲット交換を実行するまで生産ラインを停止させる等といった動作がある。
【００９３】
特許文献１（発明者：Ｃｒａｍｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，この参照を以てその全体を本願に繰り入れる）には二面計測の諸例が記載されている。レーザトラッカ１０は、再帰反射ターゲット２６が存する１個又は複数個の点に関し二面計測を実行可能である。二面計測で判明した誤差が所定値、例えば製造者側データシートで指定されている値を上回っている場合には、トラッカ１０に更なる処理、例えばトラッカ性能向上につながる補償手順を実行させればよい。他の手順でもかまわないが、広く使用されている補償手順は二種類ある。一方は特許文献１記載の自己補償手順、他方は指向補償手順である。指向補償手順では、床、ペデスタル、計測対象物等の上に配置されたターゲット２６に関し複数回に亘る二面計測を実行する。その二面計測でデータを収集した後は、そのトラッカ１０で内部パラメタを自動修正して計測精度を向上させる。
【００９４】
更なる計測手順として、経時的な計測安定性をチェックする手順を実行してもよい。この手順では、例えば、床等の上にある再帰反射ターゲットとツール等の上にある再帰反射ターゲットに関しレーザトラッカで計測を実行する。それらターゲット所在点間の位置関係が計測の度重なりにつれ変わってきたら、レーザトラッカからオペレータに通知するようにすればよい。或いは、ツール等の上にある３個のターゲット間の距離をレーザトラッカで計測してから本計測を開始し、本計測が終了してからそれら３ターゲット間の距離を再計測するようにしてもよい。それら３ターゲット間の位置関係に変化があり、計測全体の有効性が問われるような状況であれば、本計測を再実行すればよい。
【００９５】
以上の説明では、レーザトラッカ１０のペイロード上に１個又は複数個のカメラが存する例を主たる題材としてきたが、いわゆる当業者にはご理解頂けるように、そうしたカメラの位置はトラッカ１０の内部（例えばトラッカ光軸沿い）でも、トラッカ１０のアジマスキャリッジ１４上でも、或いはトラッカ１０の外部でもかまわない。
【００９６】
図６に寸法計測用電子処理システム、特にレーザトラッカ用電子処理システム１５１０、周辺部材１５８２、１５８４及び１５８６、並びにコンピュータ１５９０を備え、ネットワーク構成部材１６００のクラウドに接続されているもの１５００のブロック構成を示す。この例ではトラッカ用電子処理システム１５１０にマスタプロセッサ１５２０、ペイロード機能用電子回路１５３０、アジマスエンコーダ用電子回路１５４０、ゼニスエンコーダ用電子回路１５５０、表示兼ＵＩ用電子回路１５６０、リムーバブルストレージ装置１５６５、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）用電子回路及びアンテナ１５７２等が設けられている。ペイロード機能用電子回路１５３０には複数個のサブ機能が備わっており、そのなかには６自由度用電子回路１５３１、カメラ用電子回路１５３２、ＡＤＭ用電子回路１５３３、ＰＳＤ用電子回路１５３４及び傾斜計用電子回路１５３５が含まれている。これらサブ機能の大半は１個又は複数個のプロセッサユニット、例えばディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）やフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で構成できる。図中で電子回路１５３０，１５４０，１５５０が別体に描かれているのはそのトラッカ内位置が異なるためである。即ち、ペイロード機能用電子回路１５３０がペイロード内にあるのに対しアジマスエンコーダ用電子回路１５４０はアジマスアセンブリ内、ゼニスエンコーダ用電子回路１５５０はゼニスアセンブリ内にある。
【００９７】
周辺部材としては様々なデバイスを用いうるが、ここでは温度センサ１５８２、６自由度プローブ１５８４及びスマートフォン等の携帯情報端末（ＰＤＡ）１５８６の三部材が例示されている。レーザトラッカ・周辺部材間の連携は様々な手段、例えばアンテナ１５７２経由無線通信、カメラ等の視覚システムの働き、並びに６自由度プローブ１５８４その他の協調性ターゲットに関するトラッカでの距離，角度計測を通じて行われる。
【００９８】
この例ではマスタプロセッサ１５２０から個別の電子回路１５３０、１５４０、１５５０、１５６０、１５６５及び１５７０へと個別に通信バスが延びている。各バスは、例えば、データライン、クロックライン及びフレームラインなる３組のシリアルラインを有している。フレームラインは電子回路にクロックラインの参照を促すラインであり、このライン経由でクロックライン参照が指示されている間、電子回路は、対応するデータライン上の最新情報をクロック信号毎に読み取る。そのクロック信号としてはクロックパルスの立ち上がりエッジ等が用いられる。データライン上の情報は、この例では、それぞれ「アドレス」、「数値」、「データメッセージ」及び「チェックサム」を含むパケットの形態を採っている。「アドレス」は対応する電子回路内のどこにデータメッセージを送るべきかを表している。送られる場所の例としては、その電子回路内のプロセッサ上で稼働するサブルーチン等がある。「数値」は対応するデータメッセージの長さ、「データメッセージ」はその電子回路で実行すべき命令又はデータを表すものである。「チェックサム」は対応する通信ラインでのエラー伝送確率を抑えるのに用いられる。
【００９９】
図示例のマスタプロセッサ１５２０は諸情報パケットをバス１６１０を介しペイロード機能用電子回路１５３０に、バス１６１１を介しアジマスエンコーダ用電子回路１５４０に、バス１６１２を介しゼニスエンコーダ用電子回路１５５０に、バス１６１３を介し表示兼ＵＩ用電子回路１５６０に、バス１６１４を介しリムーバブルストレージ装置１５６５に、またバス１６１６を介しＲＦＩＤ兼無線用電子回路１５７０へと送信する。
【０１００】
この例では、マスタプロセッサ１５２０が、更に、各電子回路に同期バス１６３０経由で同期パルスを同時供給し、その同期パルスに従いレーザトラッカ内計測機能間で計測動作を同期させる。例えば、アジマスエンコーダ用電子回路１５４０やゼニスエンコーダ用電子回路１５５０は、同期パルスを受信するとすぐさま対応するエンコーダの出力をラッチする。同様に、ペイロード機能用電子回路１５３０は、そのペイロードに備わる機能によって集められたデータをラッチする。６自由度用、ＡＤＭ用及びＰＳＤ用の各電子回路は同期パルス受領に応じデータをラッチする。多くの場合、カメラ用や傾斜計用の電子回路は同期パルスより低い速度（但し同期パルスに比し周期が数倍程度の速度）でデータをラッチする。
【０１０１】
レーザトラッカ用電子処理回路１５１０は、外部のコンピュータ１５９０と通信しながら、或いはそれ自身で、トラッカ内情報処理、表示及びＵＩ機能を提供する。トラッカ・コンピュータ１５９０間通信用の通信リンク１６０６としては、イーサネット（登録商標）ライン、無線通信チャネル等が用いられる。トラッカ・ネットワーク接続部材１６００（クラウド）間通信用の通信リンク１６０２としては、１本又は複数本の電気ケーブル例えばイーサネット（登録商標）ケーブル、１本又は複数本の無線通信チャネル等が用いられる。部材１６００の一例は他の三次元試験装置、例えばその姿勢を本トラッカで変更可能な関節腕付座標計測機である。コンピュータ１５９０・部材１６００間通信用の通信リンク１６０４としては、イーサネット（登録商標）等の有線リンクのほか無線リンクも用いうる。オペレータは、別の場所にあるコンピュータ１５９０からイーサネット（登録商標）や無線でインターネットその他のクラウドに接続し、そこからイーサネット（登録商標）や無線でマスタプロセッサ１５２０にアクセスすることができる。オペレータはこうしてトラッカの動作をリモート制御することができる。
【０１０２】
図７に、一実施形態に係る計測システム動作手順７００の流れを示す。ステップ７０５では、一群の再帰反射ターゲット及びレーザトラッカを備えるシステムを準備する。準備する再帰ターゲットのうち、第１、第２及び第３ターゲットをはじめとする３個以上のターゲットは非共線的に、即ち一直線上に並ばないように配置する。トラッカの準拠座標系は自トラッカ周辺に対し固定的な第１座標系、例えば図１、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に記載の装置座標系３０である。これは、トラッカのジンバル点２２を原点としそのｘ軸、ｙ軸及びｚ軸がトラッカ周辺に対し固定的な座標系であり、回動方向等といったトラッカ特性の表現によく用いられる。また、トラッカは構造体、第１及び第２光源、ＡＤＭ、第１及び第２角度トランスデューサ、追尾システム、第１カメラ並びにプロセッサを備える。構造体は第１軸（例えばアジマス軸）周り及び第２軸（例えばゼニス軸）周りで可回動であり、その例としては、光学部品を保持するペイロード、光を転向させ所要方向に沿いトラッカ外に出射させるミラー等を挙げうる。第１光源は第１光ビームを発する光源であり、その例はレーザ、高輝度ダイオードその他の光源である。ＡＤＭはその第１光ビームを利用して距離を計測する部材であり、その距離計測には、第１光源出射光が光速伝搬を通じ再帰反射ターゲットに入射しトラッカへと返戻されるまでにかかる時間を計測する手法等が使用される。こうした飛行時間計測による絶対距離計測法には、位相計測法、パルス飛行時間法等の種類がある。第１及び第２角度トランスデューサの例は、アジマス角及びゼニス角を計測する角度エンコーダである。追尾システムは、再帰反射ターゲットの中心に向かうよう第１光ビームの方向を操作する。再帰反射ターゲットの中心とは、その点を挟み光ビームが折り返される点のことである。例えば再帰反射用キューブコーナでは、３個の反射面が互いに直交する点即ちキューブコーナ頂点を挟み、光が対称的に反射される。そこを挟み光が対称的に反射される点は、球の中心に位置することが多い。例えば、外気開放型キューブコーナの頂点が鋼球の中心に位置するタイプのＳＭＲがある。そうしたＳＭＲでは、トラッカ内追尾システムの働きで、第１光ビームの方向がターゲット中心方向に保たれる。但し、ターゲット中心が球の中心に重なることは必要でない。例えば、球付でない再帰反射ターゲットを直に計測対象物に装着してもよい。即ち、ここでいう「中心」とは、ターゲット内諸点のうち、その点を挟み第１光ビームが対称的に反射される点のことであり、何かの物体の中心を指しているわけではない。トラッカ内追尾システムは、その反射光の一部を自トラッカ内ＰＳＤ、例えば半導体位置検出デバイスや感光アレイで継続的に捉える。トラッカ内第１カメラは、例えば、第１軸周り及び第２軸周りで回動させうるよう自トラッカのペイロード外面に実装する、自トラッカの光軸に対し点対称なトラッカ外光景を捉えるようトラッカ内に配置する等、自トラッカの内外を問わず、様々な位置に配置することができる。第１カメラを構成する第１レンズ及び第１感光アレイのうち第１レンズは、トラッカ外にある計測対象物の像を第１感光アレイ上に発現させる。第２光源即ち第２光ビームを発する光源は、原則として第１カメラのそばに配置する。第２光ビームは、幾つかある再帰反射ターゲットのうちいずれかへと送られる。第２光ビームのうち一部は、そこでの反射によって第１カメラに戻され、第１カメラ内の第１感光アレイ上に像を形成する。そして、プロセッサは、トラッカ内、補助ユニット５０内、外部ユニット（６０）内等のうち一個所又は複数個所に設ける。プロセッサ内では、例えば、処理素子例えばマイクロプロセッサ、ディジタル処理ユニット、ＦＰＧＡ、メモリ等を併用する。トラッカはこのプロセッサの許で動作する。
【０１０３】
ステップ７１０では、第１、第２及び第３ターゲット並びに１個又は複数個ある補助点の定格座標をリスト化して保存する。定格座標としては第２座標系準拠の三次元座標を用いる。第２座標系としては、計測対象物又はその装着先計測対象物に係る座標系を用いる。第２座標系の例は図１、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示した座標系４０である。一般に、第２座標系のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は第１座標系のそれに対し可回動である。
【０１０４】
ステップ７１５では、第２光源出射光のうち第１、第２又は第３ターゲットで反射された部分を第１感光アレイで捉える。
【０１０５】
ステップ７２０では、第１、第２及び第３ターゲットそれぞれでの反射光が第１感光アレイ上にもたらすスポットの位置を計測する。例えば、第１、第２及び第３ターゲットに係るスポットにおける重心の位置をスポット位置として検出する。
【０１０６】
ステップ７２５では、第１感光アレイ上での第１、第２及び第３スポット位置と第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を特定する。この対応関係特定は種々の手法、例えば別紙特許請求の範囲に記載の諸手法で実行可能である。その一例は、第１座標系に対する第２座標系の許容方向差を踏まえ対応関係候補を絞る手法である。レーザトラッカ上のカメラ対（ステレオカメラ）で三角測量する手法も採りうる。トラッカ側に備わるカメラのうち１個を様々に回動させその方向を様々に変化させる手法も採りうる。この手法では、カメラ内の感光アレイ上に生じる２個の像に基づき対応関係を特定する。第１カメラをフロントサイトモード及びバックサイトモードで動作させ、第１感光アレイで捉えられる諸像に基づき対応関係を特定することもできる。第１・第２座標系間位置関係の変化、ひいては第１感光アレイ上でスポットが描くパターンに基づき対応関係を特定することも可能である。例えば、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示す例では可動キャリッジに第２座標系が固定されているので、第１・第２座標系間位置関係の変化に伴う像の移動を第１カメラで察知することができる。感光アレイ上の第１、第２及び第３スポットと第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を好適に特定可能な数学的手法としては、例えば、前述の要領及び別紙特許請求の範囲に記載した要領に従い、一方の座標系から他方の座標系へ又はその逆への変換を担う変換行列を求める手法がある。この手法では、第１感光アレイで捉えた像毎に、アレイ上の諸点がそのアレイ上での位置からレンズの視野中心を通り物空間内へと投射される。これによって、第１感光アレイ上のスポットから角度が求まる。また、第２感光アレイを利用でき且つ第１・第２感光アレイ間距離が判明している場合は、いわゆる当業者にとり周知の諸手法に従い三角測量することで、３個あるターゲットそれぞれの位置を特定することができる。利用可能なカメラが１個しかない場合でも、フロントサイトモード・バックサイトモード間でトラッカ光軸沿いカメラ位置が逆になるので、フロントサイトモード像及びバックサイトモード像の捕捉を通じ、やはり三角測量を実行することができる。フロントサイトモード・バックサイトモード間カメラ位置差が既知であるので、この手法はステレオカメラによる三角測量と同等であるといえよう。同様に、前述の通りまた特許文献７記載の通り、トラッカの構造体を第１軸、第２軸又はその双方の周りで二通りの角度に亘り回動させ、個々の角度で都合二通りの像を捉え、三角測量類似の手順を適用することも可能である。第１座標系での方向と第２座標系での方向との間の関係が大まかにしかわからない場合、第１、第２及び第３ターゲットそれぞれの三次元座標をはっきりと求めることは難しいが、３個生じるスポットと第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を位置的に特定することは総じて難しくない。
【０１０７】
ステップ７３０では、第１スポット位置及び第１ターゲットの定格座標に少なくとも部分的に基づき第１光ビームを第１ターゲットに差し向け、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１ターゲットの三次元座標を計測する。ステップ７２５との関連で既述の通り、対応関係の特定を通じ第１座標系での三次元座標が与えられる場合、レーザ光ビームを第１、第２及び第３ターゲットに差し向けるのは容易なことである。第１座標系での方向と第２座標系での方向との間の関係が大まかにしかわからない場合、第１、第２及び第３ターゲットの像を捉えうる方向を高い精度で知ることはできないが、ターゲットまでの距離を措定することで方向を知ることができる。その方向は、別紙特許請求の範囲に記載の手法等に従いターゲット像を捉えうる最適な方向に十分近いことが多い。三次元座標の計測結果は第１座標系、即ちそのレーザトラッカが準拠する座標系に準拠した値となる。
【０１０８】
ステップ７３５は、第１ターゲットではなく第２ターゲットが対象とされる点を除きステップ７３０と同じ内容である。ステップ７４０は、第１ターゲットではなく第３ターゲットが対象とされる点を除きステップ７３０と同じ内容である。
【０１０９】
ステップ７４５では、第１、第２及び第３ターゲットについての三次元座標計測結果並びに１個又は複数個ある補助点の定格座標に少なくとも部分的に基づき補助点の第１座標系準拠三次元座標を求める。これは数学的な処理に係るステップ、例えば第２座標系準拠三次元座標たる任意の定格座標を第１座標系（トラッカ界座標系）準拠三次元座標へと変換するための変換行列を求めるステップである。ステップ７３０、７３５及び７４０にて求めた三次元座標から変換行列を求める処理は、いわゆる当業者にとり周知の手法で十分に実行することができる。
【０１１０】
ステップ７５０では、その又はそれら補助点についての三次元座標導出結果を保存する。保存先となるのは、電子可読媒体、コンピュータ用メモリ、マイクロプロセッサ等である。そして、ステップ７５５で手順７００が終了する。
【０１１１】
図８に、一実施形態に係る計測システム動作手順８００の流れを示す。この手順８００は図７中のステップ７５５（ポイントＡ）から始まる。ステップ８０５では、第１光ビームを１個又は複数個の補助点へと差し向ける。この動作はレーザトラッカにより自動実行される。
【０１１２】
ステップ８１０では、第１光ビーム又はその一部が反射されるよう相応の再帰反射ターゲットを配置する。これは、例えば、その再帰反射ターゲットを自ら操り第１光ビームを受光可能な位置へと動かす、計測対象物に実装されているネスト例えば磁気ネスト上にその再帰反射ターゲットを配置する等といった形態で実行する。１個又は複数個ある補助点の三次元座標が十分正確にわかっていれば、第１光ビームの方向を好適に制御し、少なくともその一部を相応する再帰反射ターゲットの透明開口に入射させることができる。
【０１１３】
ステップ８１５では、その再帰反射ターゲットの中心へと第１光ビームを差し向ける。この動作はレーザトラッカ内追尾システムによって実行される。ステップ８２０では、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用いその再帰反射ターゲットの三次元座標を計測する。そして、ステップ８２５で手順８００が終了する。
【０１１４】
図９に、一実施形態に係る計測システム動作手順９００を示す。この手順９００は図７中のステップ７５５（ポイントＡ）から始まる。ステップ９０５では、第１光ビームを１個又は複数個の補助点へと差し向ける。
【０１１５】
ステップ９１０では、その又はそれらの補助点に近在する第１パターンに従い空間内で第１光ビームを動かす。第１パターンはいわゆるサーチパターンに該当する。第１光ビームは、例えば始点から螺旋沿いに外側へと動かされる。
【０１１６】
ステップ９１５では、第１光ビームの所在をそのレーザトラッカに備わる追尾システムで検出する。この動作は、第１光ビームの一部が再帰反射ターゲットで反射されＰＳＤに入射したときに実行される。ＰＳＤにて光ビームが検出されたことは、第１光ビームが再帰反射ターゲットの透明開口に入射したことを意味している。
【０１１７】
ステップ９２０では、相応の再帰反射ターゲットの中心へと第１光ビームを差し向ける。前述の通り、ここでいう「中心」とは、再帰反射ターゲットに付随する諸点のうちその点を挟み光ビームが対称的に反射される点のことである。再帰反射ターゲットの物理的な中心と一致している必要はない。
【０１１８】
ステップ９２５では、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用いその再帰反射ターゲットの三次元座標を計測する。そして、ステップ９３０で手順９００が終了する。
【０１１９】
図１０に、一実施形態に係る計測システム動作手順１０００の流れを示す。この手順１０００は図７中のステップ７５５（ポイントＡ）から始まる。ステップ１００５では、第３レンズ系及び第３感光アレイを有し第１カメラに比べ狭視野な第３カメラ並びに第４光ビームを発する第４光源を準備する。
【０１２０】
ステップ１０１０では、第４光源出射光のうち第１、第２又は第３ターゲットで反射された部分を第３感光アレイで捉える。即ち、先に第１カメラで実行したのと同じ要領で、第１、第２ターゲット及び第３ターゲットの像を捉える。用いるカメラが第３カメラであるので、この捕捉を通じ更なる計測結果を集めることができる。第１カメラから得た情報に基づきレーザトラッカを駆動し、第１、第２又は第３ターゲットの像を第２カメラで捉えることによって、同様の動作を実行してもよい。
【０１２１】
ステップ１０１５では、第１、第２及び第３ターゲットそれぞれでの反射光が第３感光アレイ上にもたらすスポットの位置を計測する。例えば各スポットにおける重心の位置をスポット位置として検出する。
【０１２２】
ステップ１０２０では、第３感光アレイ上での第１、第２及び第３スポット位置と第１、第２及び第３ターゲットの定格座標との間の対応関係を特定する。その特定手法は、第３カメラが第１カメラより狭視野であるため正確な情報が得られる点を除き、前述したものと同様のものである。そして、ステップ１０２５で手順１０００が終了する。
【０１２３】
図１１に、一実施形態に係る計測システム動作手順１１００の流れを示す。この手順１１００は、図７中のステップ７５５（ポイントＡ）から始まる。ステップ１１０５では、第１補助点を含め複数個ある補助点へと第１光ビームを差し向けることで、所要行為をオペレータに示唆する。オペレータは、レーザトラッカから示唆された行為を実行すればよい。
【０１２４】
図１２に、一実施形態に係る計測システム動作手順１２００の流れを示す。この手順１２００は図８中のステップ８２５（ポイントＢ）から始まる。ステップ１２０５では検査計画に従い計測を実行する。検査計画では計測対象点を複数個指定するのが原則である。計測対象点としては、計測対象物の表面に所在する点やネスト上にある点が指定される。それらの点のうち幾つかは個別的に計測され、他の点は所定面上のスキャンパターンに従い計測される。
【０１２５】
図１３に、一実施形態に係る計測システム動作手順１３００の流れを示す。この手順１３００は、図７中のステップ７５５（ポイントＡ）から始まる。ステップ１３０５では、第１光ビームを１個又は複数個の補助点へと差し向ける。ステップ１３１０では、第１光ビームの位置にて加工動作を実行する。例えば、穿孔、圧搾、研磨、パテ、型押し等、計測対象物に改変・付加を施す動作である。第１光ビームで指定された位置に従い計測対象物に穿孔する、といった具合である。
【０１２６】
図１４に、一実施形態に係る計測システム動作手順１４００の流れを示す。この手順１４００は図８中のステップ８２５（ポイントＢ）から始まる。ステップ１４０５では、レーザトラッカで計測すべき計測対象点を指定する検査計画を準備する。ステップ１４１０では、計測対象物に１個又は複数個の再帰反射ターゲットを装着する。例えば、実質的にシステム安定性チェック用の浮標として機能するよう再帰反射ターゲットを装着する。ステップ１４１５では、計測対象物に装着された再帰反射ターゲットの三次元座標に関し最大許容変化量を設定する。この最大許容変化量は、必要とされる安定性に鑑みオペレータが設定する数値である。ステップ１４２０では、計測対象物に装着された再帰反射ターゲットの三次元座標を第１及び第２時点で計測する。ステップ１４２５では、第１時点から第２時点にかけて再帰反射ターゲットの三次元座標に生じた変化たる第１変化を特定する。システムが高度に安定しているときには、再帰反射ターゲットの三次元座標はほとんど変化しない。しかし、計測対象物又はトラッカに衝撃が加わっているときには、その衝撃で計測結果が大きく変化し誤差が発生する。同様に、周囲温度が大きく変化すると、計測対象物の寸法変化、トラッカ性能の低下又は第１光ビーム伝搬媒体たる空気の特性変化が生じる。これらはいずれも計測精度の低下につながる。そこで、ステップ１４３０では、第１変化が最大許容変化量を超過した場合に相応の動作を実行する。実行されうる動作の一つは、計測対象物に都合３個以上の再帰反射ターゲットを装着して計測を行い計測対象点の三次元座標を再特定する動作である。第１変化が最大許容変化量を超過したことをオペレータに通知する動作を実行してもよい。オペレータは、この通知に応じ、トラッカの再補償、計測対象物及びトラッカの安定性チェック等の措置を執ることができる。そして、ステップ１４３５で手順１４００が終了する。
【０１２７】
図１５に、一実施形態に係る計測システム動作手順１７００の流れを示す。この手順１７００は、図７中のステップ７５５（ポイントＡ）から始まる。ステップ１７０５では最大許容乖離幅を設定する。この値はオペレータから与えられる。ステップ１７１０では、計測対象物の熱膨張係数（ＣＴＥ）を調べ基準温度を設定する。素材が例えば鋼ならばＣＴＥは例えば１１．５μｍ／ｍ／℃となる。基準温度としては、多くの素材で２０℃を使用可能である。ステップ１７１５では、計測対象物上に第１及び第２基準再帰反射器を配置し基準温度における第１基準再帰反射器・第２基準再帰反射器間距離を第１距離と定義する。ステップ１７２０では、計測対象物の温度を計測する。ステップ１７２５では、計測対象物温度の計測結果から基準温度を減ずることで第１温度差を算出する。ステップ１７３０では、第１温度差に熱膨張係数を乗ずることでスケーリング係数を算出する。その単位は例えばμｍ／ｍとなる。言い換えれば、スケーリング係数は無名数である。ステップ１７３５では、ＡＤＭ並びに第１及び第２角度トランスデューサを用い第１及び第２基準再帰反射器の三次元座標を計測する。ステップ１７４０では、計測結果に基づき第１基準再帰反射器から第２基準再帰反射器までの第２距離を算出する。ステップ１７４５では、第２距離から第１距離を減ずることで第３距離を算出する。ステップ１７５０では、第１距離にスケーリング係数を乗ずることで第４距離を算出する。ステップ１７５５では、第４距離から第３距離を減ずることで乖離幅を算出する。ステップ１７６０では、乖離幅が最大許容乖離幅を超過した場合に、警報を発する動作、或いは幾つかの再帰反射ターゲットについて三次元座標を計測しその結果に基づき計測対象物向け座標系を再特定する動作を実行する。この手順１７００の目的は、熱による長さ変化の補償幅が長さ変化実測値と整合しているか否かをチェックすることである。長さ変化補償幅が長さ変化実測値と整合していない場合は、温度計測がうまくいっていない、ＣＴＥ値が正確に与えられていない等、何らかの問題が生じている可能性がある。そのことがわかれば相応の対処を採ることができる。
【０１２８】
いわゆる当業者には自明な通り、本発明は、システム、手順、コンピュータ向けプログラム等の諸形態で実施可能である。即ち、本発明は、ハードウェア的形態、ソフトウェア的形態（ファームウェア、レジデントソフトウェア、マイクロコード等）及びハードウェア・ソフトウェア併用的形態を含め、「回路」「モジュール」「システム」と呼称可能な諸形態で実施可能である。更に、本発明は、１個又は複数個のコンピュータ可読媒体にコンピュータ可読なプログラムコードを載せたコンピュータ向けプログラムの形態でも実施可能である。
【０１２９】
コンピュータ可読媒体としては様々なものを様々な組合せで使用可能である。使用可能なコンピュータ可読媒体としてはコンピュータ可読信号媒体やコンピュータ可読記録媒体がある。使用可能なコンピュータ可読記録媒体としては、電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式若しくは半導体式の装置又はデバイスや、それらを任意且つ相応に組み合わせたものがある。より具体的には、導線を１本又は複数本有する電気回路網、ポータブルなコンピュータ用ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、イレーザブルプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ乃至フラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルなコンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記録装置、磁気記録装置等をはじめ、様々な種類のコンピュータ可読媒体を、単独で又は任意且つ相応に組み合わせて使用することができる。本願でいうところの「コンピュータ可読記録媒体」には、命令実行システム、装置若しくはデバイスで使用され又はそれらと連携するプログラムを提供又は保存可能なあらゆる有形媒体が包含される。
【０１３０】
コンピュータ可読媒体としては様々なものを様々な組合せで使用可能である。使用可能なコンピュータ可読媒体としてはコンピュータ可読信号媒体やコンピュータ可読記録媒体がある。使用可能なコンピュータ可読記録媒体としては、電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式又は半導体式の装置又はデバイスや、それらを任意且つ相応に組み合わせたものがある。より具体的には、導線を１本又は複数本有する電気回路網、ポータブルなコンピュータ用ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、イレーザブルプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ乃至フラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルなコンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記録装置、磁気記録装置等をはじめ、様々な種類のコンピュータ可読媒体を、単独で又は任意且つ相応に組み合わせて使用することができる。本願でいうところの「コンピュータ可読記録媒体」には、命令実行システム、装置若しくはデバイスで使用され又はそれらと連携するプログラムを提供又は保存可能なあらゆる有形媒体が包含される。
【０１３１】
コンピュータ可読信号媒体としては、コンピュータ可読なプログラムコードが例えばベースバンドで又は搬送波の一部として埋め込まれた伝搬性データ信号を使用することができる。そうした伝搬性信号が採りうる形態としては、電磁的形態、光学的形態等や、それらを任意且つ相応に組み合わせた形態がある。「コンピュータ可読信号媒体」には、命令実行システム、装置若しくはデバイスで使用され又はそれらと連携するプログラムを伝達、搬送又は移転可能で、コンピュータ可読記録媒体に該当しないあらゆるコンピュータ可読媒体が包含される。
【０１３２】
コンピュータ可読媒体上に存するプログラムコードの送信には、無線媒体、優先媒体、光ファイバケーブル、無線周波数媒体等のうち相応の媒体や、それらを任意且つ相応に組み合わせたものを使用することができる。
【０１３３】
本発明の諸実施形態に係る動作を指令するコンピュータプログラムのコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、Ｃ＋＋、Ｃ＃等のオブジェクト指向型プログラミング言語やＣ等の旧来式手続き型プログラミング言語をはじめ、一種類若しくは複数種類のプログラミング言語又はその任意の組合せで記述することができる。プログラムコード全体をユーザコンピュータ上で実行する形態でも、プログラムコードの一部をスタンドアロンソフトウェアパッケージ化してユーザコンピュータ上で実行する形態でも、プログラムコードの一部をユーザコンピュータ上、他の一部をリモートコンピュータ上で実行する形態でも、或いはプログラムコード全体をリモートコンピュータ又はサーバ上で実行する形態でもよい。リモートコンピュータやサーバを利用する場合、それらとユーザコンピュータとの間は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）等のネットワークを介し、或いはインターネットサービスプロバイダによって提供されるインターネット接続等の対外部コンピュータ接続を介し、接続すればよい。また、前述の通り、本発明の諸実施形態に係る手順、装置、システム及びコンピュータプログラムの構成はフローチャートやブロック図で表すことができる。ご理解頂けるように、フローチャートを構成する個々のステップ、ブロック図を構成するブロック又はそれらの組合せはコンピュータプログラム向けの命令で実現することができる。
【０１３４】
それらのコンピュータプログラム向け命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータその他のプログラマブルなデータ処理装置に備わるプロセッサに供給してマシンを構築すること、ひいてはそのプロセッサにその命令群を実行させることを通じ、フローチャート又はブロック図上のステップ、ブロック又はその組合せに係る機能又は動作の体現又は実行手段を提供することができる。また、プログラマブルなデータ処理装置例えばコンピュータ等の装置を相応の形態で機能させる命令群を、コンピュータ可読媒体に保存することによって、フローチャート又はブロック図上のステップ、ブロック又はその組合せに係る機能又は動作を体現し又は実行させる命令群が格納されたコンピュータ可読媒体を製造することができる。
【０１３５】
更に、それらのコンピュータプログラム向け命令をプログラマブルなデータ処理装置例えばコンピュータ等の装置にロードし、その装置上で一連の動作ステップを実行させることによって、フローチャート又はブロック図上のステップ、ブロック又はその組合せに係る機能又は動作に対応した処理を含むコンピュータ利用型プロセスを、その装置上で実行させることができる。
【０１３６】
図面のうちフローチャート及びブロック図は、本発明の諸実施形態に係るシステム、手順及びコンピュータプログラム製品で採用されうる構成、機能及び動作を示すためのものである。この点に関しては、フローチャート上の各ステップやブロック図上の各ブロックのなかに、モジュール、セグメント又はコード構成部分で表せるもの、例えば特定の論理的機能乃至機能群を体現する１個又は複数個の可実行命令で表せるものがあることに留意されたい。また、実施形態によっては、ステップ又はブロックで表現されている機能の発現順序が図中の順序と異なる順序になることにも留意されたい。例えば、図上では相次いで実行されている２個のステップが、他の機能との兼ね合いで、ほぼ同時に実行されることもあろうし、逆の順序で実行されることもあろう。更に、フローチャート又はブロック図上のステップ、ブロック又はその組合せを、特定の機能や動作しか担わない専用ハードウェア型システムで実行又は体現できることや、専用ハードウェアコンピュータ向け命令との組合せで実行又は体現できることにも留意されたい。
【０１３７】
以上説明した好適な実施形態に関しては、本発明の技術的範囲内で様々に変形、置換等を施すことができる。即ち、本発明に関する以上の説明は例示であり限定ではないので、その点に留意されたい。
【０１３８】
従って、本願記載の諸実施形態はあらゆる意味において例示的且つ非限定的なものであり、本発明の技術的範囲は以上の説明にではなく別紙特許請求の範囲に従い認定されるべきものであり、また別紙特許請求の範囲での記載に対し有意な相違がない変更や均等範囲に属する変更はいずれも本発明の技術的範囲に包含されるものである。
【図１】
0005599524.tif 000002
【図２】
0005599524.tif 000003
【図３】
0005599524.tif 000004
【図４Ａ】
0005599524.tif 000005
【図４Ｂ】
0005599524.tif 000006
【図５Ａ】
0005599524.tif 000007
【図５Ｂ】
0005599524.tif 000008
【図６】
0005599524.tif 000009
【図７】
0005599524.tif 000010
【図８】
0005599524.tif 000011
【図９】
0005599524.tif 000012
【図１０】
0005599524.tif 000013
【図１１】
0005599524.tif 000014
【図１２】
0005599524.tif 000015
【図１３】
0005599524.tif 000016
【図１４】
0005599524.tif 000017
【図１５】
0005599524.tif 000018